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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen
einer Brennstoffzelle.
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Hintergrund der Erfindung
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Die
JP2001-236971A ,
2001 vom Japanischen Patentamt veröffentlicht, offenbart ein Verfahren
zum Erhalten einer Vielzahl von Brennstoffzellen in einer durchgehenden
Streifenform durch Zuführen eines
Endes einer Polymer-Elektrolyt-Membran von einer Rolle aus Polymer-Elektrolyt-Membran
unter Verwendung einer Walze und dann Durchführen von aufeinander folgenden
Vorgängen
zur Ausbildung einer Katalysatorschicht, einer Gasdiffusionsschicht und
einer Separatoranbindung auf der sich bewegenden Polymer-Elektrolyt-Membran.
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JP 2001 236971 A beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle durch Bereitstellung
eines Elektrolytfilms und Aufbringen von Schichten eines Katalysators
auf beide Seiten des Elektrolytfilms unter Verwendung eines Heißwalzverfahrens
und ferner Aufbringen einer Diffusionsschicht auf beide Katalysatorschichten,
die mittels des Heizwalzverfahrens zusammengebracht wurden.
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DE 101 24 272 A1 beschreibt
ein Verfahren für
die kontinuierliche Herstellung einer Polymerelektrolytmembranelektrodenanordnung
für eine
Brennstoffzelle. Das Verfahren umfasst die Schritte: a) Beschichten
und/oder Imprägnieren
eines kohlenstoffhaltigen Substrates mit anschließender Trocknung,
b) Herstellung einer Poly merelektrolytmembran durch Beschichtung
eines Trägerfilms mit
einer PEM-haltigen Lösung
oder Paste oder Suspension mit nachfolgender Trocknung oder Verwendung
einer fertigen Polymerelektrolytmembran, c) Zusammenführung der
aus den Schritten a) und b) erhaltenen Schichten, d) und bei Verwendung
eines Trägerfilms
in Schritt b), anschließendes
Abziehen dieses Filmes, wobei die Schritte a) und b) parallel und
gleichzeitig ausgeführt
und die daraus resultierenden Schichten kontinuierlich im dritten
Schritt c) weiterverarbeitet werden.
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DE 199 10 773 A1 beschreibt
ein Verfahren zum Aufbringen von Elektrodenschichten auf eine bandförmige Polymerelektrolytmembran
in einem gewünschten
Muster. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass Vorder- und
Rückseite
der Membran kontinuierlich im gewünschten Muster mit den Elektrodenschichten
unter Verwendung einer einen Elektrokatalysator enthaltenden Tinte
bedruckt und die aufgedruckten Elektrodenschichten unmittelbar nach dem
Druckvorgang bei erhöhter
Temperatur getrocknet werden, wobei das Bedrucken unter Einhaltung einer
positionsgenauen Anordnung der Muster der Elektrodenschichten von
Vorder- und Rückseite
zueinander erfolgt.
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DE 195 48 422 A1 beschreibt
kontinuierlich hergestellte Materialverbunde mit gleichmäßiger Fertigungsqualität, die mindestens
eine Schicht, die innenleitendes und/oder elektronenleitendes Material enthält, mindestens
eine Schicht, die ein oder mehrere weitere Funktionsmaterialien
enthält,
enthält,
welche sich in innigem Kontakt zu einer Elektronen-leitenden und/oder
Ionenleitenden Schicht befinden.
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DE 195 48 421 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung von Laminaten, die mindestens eine mittig
angeordnete, Ionen-leitfähige
Membran enthalten, die mindestens über einen maßgeblichen
Teil ihrer beiden, sich gegenüberliegenden
Flachseiten mit mindestens einer katalytisch wirkenden Substanz und
mit mindestens einem flächigen,
gasdurchlässigen,
Elektronen-leitenden Kontaktierungsmaterial elektrisch leitend verbunden
ist, und bei denen die Verbindung von mindestens zwei der genannten Komponenten
durch Laminieren bewirkt worden ist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
dass das Verbinden der Ionen-leitfähigen Membran, der katalytisch
wirkenden Substanz und des Elektronen-leitenden Kontaktierungsmaterials
kontinuierlich durchgeführt
wird.
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DE 195 09 749 C2 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundes aus Elektrodenmaterial,
Katalysatormaterial und einer Festelektrolytmembran für eine elektrochemische
Zelle, die insbesondere eine Brennstoffzelle ist, bei welchem Festelektrolytmaterial
durch Erweichen desselben in porentiefen Kontakt mit dem Elektrodenmaterial
und dem Katalysatormaterial gebracht wird. Hierzu wird vorgeschlagen,
dass ein Elektrodenmaterial, Katalysatormaterial und das Festelektrolytmaterial
umfassendes katalytisches Pulver hergestellt wird, dass aus dem
katalytischen Pulver eine katalytische Schicht auf einem Träger hergestellt
wird, dass die katalytische Schicht auf einer dem Träger abgewandten
Seite zum Erweichen des Festelektrolytmaterials aufgeheizt wird
und dass anschließend
die katalytische Schicht bei noch erweichtem Festelektrolytmaterial
zur Bildung eines Verbundes unter Druck auf die Festelektrolytmembran
aufgebracht wird.
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EP 0 672 529 B1 beschreibt
einen Drucker zum Drucken auf einer Lackmaterialbahn mit einer Reihe
Transportlöchern
an ihren Rändern,
wobei der Drucker einen Druckkopf, eine Trägerwalze mit einer zylindrischen
Auflagefläche
für die
Blattmaterialbahn zum Bedrucken mit dem Druckkopf und zum Bewegen
relativ zum Druckkopf während
einer Druckoperation mit einer Walzenbreite zwischen den axialen Enden,
die kleiner als die Breite der Blattmaterialbahn zwischen ihren
Längsrändern ist,
umfasst, so dass ein Randabschnitt der Bahn über jedes axiale Ende der Trägerwalze
hinausragt und wobei der Drucker ferner Antriebsmittel umfasst,
die mit Stachelrädern
versehen sind, die jeweils in die Transportlöcher längs jedem Rand der Bahn eingreifen
und sie über die
Trägerwalze
relativ zum Druckkopf bewegen, indem die Stachelräder in einer
zylindrischen Ebene bewegt werden.
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DE 28 02 466 C3 beschreibt
ein Verfahren, bei dem die Abstände
der Transportlochung an einer laufenden Materialbahn gemessen werden
und darauf basierend Einfluss auf die Bahngeschwindigkeit genommen
wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Wenn
dieses Herstellungsverfahren angewandt wird, muss die Polymer-Elektrolyt-Membran
in festgelegten Längen
zugeführt
werden und genau an den Stellen gestoppt werden, an denen jeder
Vorgang durchgeführt
wird. Wenn man jedoch den Walzenschlupf in Betracht zieht, ist eine
solche Positionierung nicht einfach.
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Es
ist deshalb eine Aufgabe dieser Erfindung, die Zuführgenauigkeit
zu erhöhen,
mit der eine Polymer-Elektrolyt-Membran von ei ner Walze zugeführt wird,
so dass die Polymer-Elektrolyt-Membran genau an der vorbestimmten
Position angeordnet wird.
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Eine
weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen Brennstoffzellenstapel
effizient unter Verwendung einer Rolle aus Polymer-Elektrolyt-Membran herzustellen.
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Um
diese Ziele zu erreichen, sieht die Erfindung ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Herstellen einer Brennstoffzelle, um eine Brennstoffzelle durch
Implementieren einer vorbestimmten Verarbeitung an einer Polymer-Elektrolyt-Membran
herzustellen. Das Herstellungsverfahren umfasst einen Vorgang des
Zuführens
der Polymer-Elektrolyt-Membran, die um eine Spule gewickelt ist,
in Streifenform ausgebildet ist und Transportlöcher aufweist, die hintereinander
in festen Abständen
in beiden Randbereichen davon in Längsrichtung ausgebildet sind, durch
Drehen einer Transportwalze, die in beiden Randbereichen ihrer Umfangsfläche Vorsprünge aufweist,
die mit den Transportlöchern
in Eingriff gelangen, und einen Vorgang des Zuführens zweier Folien, an welchen
Separatoren im Voraus in identischen Abständen wie die Katalysatorschichten
angebracht sind, wobei jede Folie im Voraus mit Positionierungslöchern in
identischen Abständen
wie die Transportlöcher
in der Membranelektrodenanordnung ausgebildet worden ist, durch
Drehen eines Paars von Transportwalzen, die in beiden Randbereichen
ihrer Umfangsfläche
Vorsprünge
aufweisen, welche mit den Positionierungslöchern in Eingriff gelangen,
und Fixieren der Separatoren an den Katalysatorschichten unter Verwendung
eines Paars von Verbindungswalzen, während die Membranelektrodenanordnung zwischen
den zwei Folien eingelegt ist, wobei eine der Verbindungswalzen
Vorsprünge
aufweist, welche die Positionierungslöcher und die Transportlöcher durchdringen.
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Diese
Erfindung sieht außerdem
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Brennstoffzelle
durch Implementieren einer vorbestimmten Verarbeitung an einer Polymer-Elektrolyt-Membran vor. Die
Herstellungsvorrichtung umfasst eine Polymer-Elektrolyt-Membran, die um eine Spule
gewickelt ist, in Strei fenform ausgebildet ist und Transportlöcher aufweist,
die hintereinander in festen Abständen in beiden Randbereichen
davon in Längsrichtung
ausgebildet sind, eine Transportwalze, die in beiden Randbereichen
ihrer Umfangsfläche
Vorsprünge
aufweist, die mit den Transportlöchern
in Eingriff gelangen, und ein Paar zweiter Transportwalzen, um zwei
Folien zuzuführen,
an welchen Separatoren im Voraus in identischen Abständen wie
die Katalysatorschichten angebracht sind, wobei jede Folie im Voraus
mit Positionierungslöchern
in identischen Abständen
wie die Transportlöcher
in der Membranelektrodenanordnung ausgebildet ist, wobei jede der zweiten
Transportwalzen in beiden Randbereichen ihrer Umfangsfläche Vorsprünge aufweist,
die mit den Transportlöchern
jeder Folie in Eingriff gelangen, und zu einem vorbestimmten Verarbeitungszeitpunkt,
der auf der Grundlage der Drehgeschwindigkeit der Transportwalze
festgelegt wird, drehbar ist; und ein Paar Verbindungswalzen, um
die Membranelektrodenanordnung zwischen die zwei Folien einzulegen,
um die Separatoren an den Katalysatorschichten anzubringen, wobei
eine der beiden Verbindungswalzen Vorsprünge aufweist, welche die Positionierungslöcher und
die Transportlöcher
durchdringen.
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Beschrieben
wird außerdem
eine Polymer-Elektrolyt-Membran, die um eine Spule gewickelt ist
und einer vorbestimmten Verarbeitung unterworfen wird, um eine Brennstoffzelle
herzustellen. Die Polymer-Elektrolyt-Membran umfasst Transportlöcher, die
hintereinander in festen Abständen
auf beiden Seitenbereichen davon in einer Längsrichtung ausgebildet sind.
Die Transportlöcher
sind ausgebildet, um mit Vorsprüngen
in Eingriff zu gelangen, die auf einer Transportwalze ausgebildet
sind, wobei die Polymer-Elektrolyt-Membran von der Spule zugeführt wird,
wenn sich die Transportwalze dreht.
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Beschrieben
wird außerdem
ein Herstellungsverfahren für
eine Brennstoffzelle, die durch abwechselndes Schichten einer Polymer-Elektrolyt-Membran
und eines Separators gebildet wird. Das Herstellungsverfahren umfasst
einen ersten Vorgang des Zuführens
einer Polymer-Elektrolyt-Membran in Folienform von einer Seite eines
ersten Separators, der an einer vorbestimmten Position gehalten
wird, zu einer Position, die dem ersten Separator zugewandt ist,
einen zweiten Vorgang des Zuführens
eines zweiten Separators zu einer gegenüberliegenden Seite der Polymer-Elektrolyt-Schicht,
welche dem ersten Separator zugewandt ist, zum ersten Separator,
und einen dritten Vorgang des Verschiebens des zweiten Separators
in Richtung zum ersten Separator, so dass die Polymer-Elektrolyt-Membran zwischen
dem ersten Separator und dem zweiten Separator eingelegt ist, während sie
in eine vorbestimmte Form und Abmessung geschnitten wird.
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Beschrieben
wird außerdem
eine Herstellungsvorrichtung für
eine Brennstoffzelle, die durch abwechselndes Schichten einer Polymer-Elektrolyt-Membran
und eines Separators gebildet wird. Die Herstellungsvorrichtung
umfasst eine Polymer- Elektrolyt-Membran-Transporteinheit,
welche eine Polymer-Elektrolyt-Membran
in Folienform parallel von einer Seite eines ersten Separators,
der in einer vorbestimmten Position gehalten wird, zu einer vorbestimmten
Position, welche dem ersten Separator zugewandt ist, zuführt, eine
Separatorzuführeinheit, welche
einen zweiten Separator zu einer entgegengesetzten Seite der Polymer-Elektrolyt-Membran,
die dem ersten Separator zugewandt ist, zum ersten Separator zuführt, und
eine Laminiereinheit, welche den zweiten Separator in Richtung zum
ersten Separator verschiebt, so dass die Polymer-Elektrolyt-Membran zwischen
dem ersten Separator und dem zweiten Separator eingelegt ist, während sie
in eine vorbestimmte Form und Abmessung geschnitten wird.
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Die
Einzelheiten dieser Erfindung sowie weitere Merkmale und Vorteile
derselben sind in der nachfolgenden Beschreibung beschrieben und
in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1A und 1B sind
eine schematische perspektivische Ansicht und eine vergrößerte Hauptansicht
einer Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung.
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2 ist
ein Blockdiagramm, welches den Aufbau einer Steuerung der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung
darstellt.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht einer Rolle einer Membranelektrodenanordnung
(MEA) gemäß dieser
Erfindung.
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4 ist ähnlich zu 3,
zeigt aber einen anderen Aufbau in Bezug auf eine Schutzfolie.
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5A und 5B sind
eine Draufsicht auf eine MEA-Zuführeinheit
und eine Seitenansicht einer Transportwalze, die in der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung
vorgesehen sind.
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6 ist
eine Seitenansicht eines Spulenhaltebereichs, betrachtet von der
Richtung VI-VI in 5A.
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7 ist
eine Hauptdraufsicht auf eine Transporteinrichtung einer Gasdiffusionsschicht (GDL),
die in der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung
vorgesehen ist.
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8 ist
eine Seitenansicht der GDL-Transporteinrichtung und eines GDL-Zuführbereichs,
betrachtet von der Richtung IIX-IIX der 7.
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9 ist
eine Seitenansicht eines GDL-Befestigungsbereichs der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung,
betrachtet von einer Bewegungsrichtung der MEA.
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10 ist
eine Seitenansicht einer Heißpresse,
die in der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung vorgesehen ist,
betrachtet von der Bewegungsrichtung der MEA.
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11 ist
eine Hauptdraufsicht auf eine Separatortransporteinrichtung, die
in der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung
vorgesehen ist.
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12 ist
eine Seitenansicht der Separatortransporteinrichtung und eines Separatorzuführbereichs,
betrachtet von der Richtung XII-XII in 11.
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13 ist
eine Seitenansicht eines Dichtmittel-Aufbringungsbereichs der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung.
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14 ist
eine Seitenansicht eines Separatorbefestigungsbereichs der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung,
betrachtet von der Bewegungsrichtung der MEA.
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15 ist
eine schräge
Schnittansicht eines Trockenofens, der in der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung
vorgesehen ist.
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16A bis 16C sind
Seitenansichten und perspektivische Ansichten, welche die Hauptteile einer
Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung gemäß dieser Erfindung zeigen.
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17A und 17B sind
schematische Seitenansichten einer beschriebenen Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung.
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18 ist
eine perspektivische Ansicht einer Rolle einer beschriebenen Membranelektrodenanordnung
(MEA).
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19 ist ähnlich zu 18,
zeigt aber eine MEA ohne eine Perforation.
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20 ist
eine Seitenansicht einer weiteren Laminiereinheit.
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21 ist
eine Draufsicht auf eine Schichtstoff-Zuführeinheit.
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22 ist
eine Längsschnittansicht
eines Schichtstoffs.
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23 ist
eine Längsschnittansicht
eines weiteren Schichtstoffs.
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24 ist
ein Flussdiagramm, das einen Brennstoffzellenstapel-Herstellungsvorgang
darstellt, der von einer beschriebenen Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung
durchgeführt
wird.
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25 ist
eine Seitenansicht der Laminiereinheit in einem Zustand, wenn die
Laminiereinheit eine Spannung auf die MEA aufbringt.
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26 ist ähnlich zu 25,
zeigt aber einen Zustand, in dem die Laminiereinheit einen zweiten
Separator gegen die MEA presst.
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27 ist ähnlich zu 25,
zeigt aber einen Zustand, in dem die Laminiereinheit die MEA geschnitten
hat.
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28 ist ähnlich zu 25,
zeigt aber einen Zustand, in dem die Laminiereinheit ein oberes Element
zu einer erhöhten
Position zurückgeführt hat.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
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Bezug
nehmend auf 1A der Zeichnungen umfasst eine
Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung eine MEA-Transporteinheit 2,
welche eine Membranelektrodenanordnung (MEA) 1 von einer MEA-Rolle 30 zieht
und die MEA 1 transportiert, eine GDL-Befestigungseinheit 3,
welche eine Gasdiffusionsschicht (GDL) 6 auf beide Seiten
der MEA 1 aufbringt, und eine Separatorbefestigungseinheit 4,
welche einen Separator 7 an der Außenseite der GDL 6 fixiert.
Die Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung umfasst ferner eine
Steuerung 5, die synchron die MEA-Transporteinheit 2,
die GDL- Befestigungseinheit 3 und
die Separatorbefestigungseinheit 4 steuert und regelt.
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Bezug
nehmend auf 3 besteht die MEA 1 aus
einer Polymer-Elektrolyt-Membran
und Katalysatorschichten 12 aus Platin oder dergleichen,
die auf beiden Oberflächen
der Polymer-Elektrolyt-Membran in einem vorbestimmten Abstand vorgesehen sind,
wie durch die unterbrochenen Linien dargestellt. Die Katalysatorschichten 12 bilden
die Elektroden der Brennstoffzelle. Die Oberfläche der MEA 1, einschließlich der
Katalysatorschicht 12, ist mit einer Schutzfolie 8 bedeckt.
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Die
MEA 1 und die Schutzfolie 8 sind einstückig auf
eine Spule 9 aufgewickelt, um eine Rolle 30 zu
bilden. Transportlöcher 10 sind
auf den zwei Seitenbereichen der MEA 1 und der Schutzfolie 8 in
gleichen Abständen
in der Längsrichtung
ausgebildet. Optische Markierungen 11 werden im voraus
in gleichen Abständen
zum Ausbildungsabstand der Katalysatorschicht 12 auf eine
Oberfläche
der MEA 1 aufgedruckt. Um die optische Markierung 11 zu
erfassen, umfasst die MEA-Transporteinheit 2 einen optischen
Sensor 26, der in 5A gezeigt
ist. Der optische Sensor 26 gibt jedes Mal, wenn die optische Markierung
und das Loch 10 von diesem erfasst wird, ein einzelnes
Signal an die Steuerung 5 aus. Die Steuerung 5 entnimmt
die Ausbildungspositionen der Katalysatorschichten 12 auf
der Grundlage dieser Signale und steuert die MEA-Transporteinheit 2,
die GDL-Befestigungseinheit 3 und die Separatorbefestigungseinheit 4 so,
dass die Schichtpositionen der Katalysatorschicht 12, der
GDL 6 und des Separators 7 mit einem hohen Grad
an Genauigkeit übereinstimmen.
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Hier
wird die Rolle 30 der MEA 1, auf welcher die Katalysatorschicht 12 im
Voraus mit der Polymer-Elektrolyt-Membran integriert wurde, verwendet. Jedoch
kann eine Rolle aus einer Polymer-Elektrolyt-Membran alleine ver wendet
werden, und eine Katalysatorschicht-Ausbildungseinheit zum Ausbilden der
Katalysatorschicht auf der Oberfläche der Polymer-Elektrolyt-Membran,
die von der Rolle zugeführt wird,
kann zwischen der Rolle und der GDL-Befestigungseinheit 3 angeordnet
sein. Alternativ kann die Katalysatorschicht 12 im Voraus
einstückig
mit der Polymer-Elektrolyt-Membran-Kontaktoberfläche der GDL 6 ausgebildet
sein, so dass die GDL-Befestigungseinheit 3 die
einstückige
Verbindung aus GDL 6 und Katalysatorschicht 12 an
der Polymer-Elektrolyt-Membran fixiert. Auch in diesen Fällen können die Schichtpositionen
der Katalysatorschicht 12, der GDL 6 und des Separators 7 auf
der Polymer-Elektrolyt-Membran mit einem hohen Grad an Genauigkeit
durch die Ausgangssignale vom optischen Sensor 26 festgelegt
werden.
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Die
MEA 1 ist komplett mit der Schutzfolie 8 bedeckt.
Wie in 4 gezeigt, kann die Schutzfolie 8 in
eine erste Bahn 8B, welche die zwei Seitenbereiche der
MEA 1 mit Ausnahme der Transportlöcher 10 bedeckt, und
eine zweite Bahn 8A, welche den Mittelbereich auf der Innenseite
der ersten Bahn 8B bedeckt, unterteilt sein.
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Die
Schutzfolie 8 schützt
die Polymer-Elektrolyt-Membran und die Katalysatorschicht 12 darüber und
wird von der MEA 1 entfernt, bevor die GDL 6 während des
Brennstoffzellen-Herstellungsvorgangs
auf der Oberfläche
der MEA 1 fixiert wird. Zu diesem Zeitpunkt kann nur die
zweite Bahn 8A entfernt werden, während die erste Bahn 8B intakt
gelassen wird. Dadurch können
die Transportlöcher 10 während des
gesamten Brennstoffzellen-Herstellungsvorgangs geschützt werden.
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Zurückkommend
auf 1A, umfasst die MEA-Transporteinheit 2 einen
MEA-Zuführbereich 13,
einen MEA-Spanner 14 und ein Paar von MEA-Förderwalzen 15.
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Die
GDL-Befestigungseinheit 3 ist zwischen dem MEA-Zuführbereich 13 und
dem MEA-Spanner 14 angeordnet, während die Separatorbefestigungseinheit 4 zwischen
dem MEA-Spanner 14 und dem Paar von MEA-Förderwalzen 15 angeordnet
ist. Das Paar von MEA-Förderwalzen 15 umgibt
die MEA 1 und zieht die MEA 1 durch Reibungskraft.
Der MEA-Spanner 14 beseitigt ein Spiel der MEA 1 zwischen
der GDL-Befestigungseinheit 3 und der Separatorbefestigungseinheit 4 und
hält die
Spannung der MEA 1 auf einem konstanten Niveau. Der MEA-Spanner 14 besteht
aus einem Satz beweglicher Walzen 42, die durch eine Feder
in einer Richtung voneinander weg gedrängt werden, und einem Paar
feststehender Walzen 41, die jeweils stromaufwärts und
stromabwärts
der beweglichen Walzen 42 in der Bewegungsrichtung der
MEA 1 angeordnet sind.
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Bezug
nehmend auf 5A und 5B umfasst
die MEA-Zuführeinheit 13 einen
Spulenhaltebereich 33, der die Rolle 30 der MEA 1 aufnimmt.
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Der
Spulenhaltebereich 33 umfasst zwei Drehwellen 34,
und die Spule 9 zum Aufwickeln der MEA 1 ist auf
jeder Drehwelle 34 befestigt. Der Spulenhaltebereich 33 verlagert
sich in einer Richtung, die durch den Pfeil in 6 angegeben
ist, wenn sich ein Hydraulikzylinder 35 ausdehnt und zusammenzieht.
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Wie
in 5A gezeigt, wird, wenn die Rolle 30 auf
der oberen Seite der Figur zu Ende geht, ein vorderes Ende der MEA 1 von
der Rolle 30 auf der unteren Seite der Figur gezogen und
an der MEA 1 fixiert, welche laufend von einer Klemme oder
durch thermische Haftung zugeführt
wird. Die von der Rolle 30 auf der oberen Seite der Figur
zugeführte
MEA 1 wird dann abgetrennt. Dann zieht sich der Hydraulikzylinder 35 zusammen,
so dass der Spulenhaltebereich 33 sich nach oben in der
Figur bewegt. Danach wird die MEA 1 von der Rolle 30 auf
der unteren Seite der Figur zugeführt. Während die unterseitige Rolle 30 zugeführt wird,
wird die oberseitige Rolle 30 zusammen mit der Spule 9 entfernt
und durch eine neue Rolle 30 ersetzt. Durch diesen Aufbau
kann der Spulenhaltebereich 33 die MEA 1 ohne
Unterbrechung zuführen.
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Wie
in 1B gezeigt, umfasst der MEA-Zuführbereich 13 eine
Transportwalze 32 mit Vorsprüngen 32A, die mit
den Transportlöchern 10 in
der MEA 1 in Eingriff gelangen, um die MEA vom Spulenhaltebereich 33 zu
ziehen. Wie in 5B gezeigt, ist die Transportwalze 32 an
einer Antriebswelle 37 befestigt, die von einem Servomotor 36 angetrieben
wird.
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Ein
Stützwalzenpaar 31 ist
sowohl direkt vor als auch direkt nach der Transportwalze 32 in
der Zuführrichtung
der MEA 1 vorgesehen. Die Paare von Stützwalzen 31 umgeben
die MEA 1, die von der Transportwalze 32 aus dem
Spulenhaltebereich 33 gezogen wird, auf jeder Seite, wodurch
verhindert wird, dass sich die MEA 1 verdreht oder wackelt.
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Der
MEA-Stützbereich 13 umfasst
zwei Paar von Schutzfolien-Rückgewinnungsspulen 39 in
symmetrischen Positionen auf jeder Seite der MEA 1, um die
Schutzfolie 8 auf der einen Oberfläche der MEA und die Schutzfolie 8 auf
der anderen Oberfläche
der MEA 1 aufzuwickeln. Die Schutzfolien-Rückgewinnungsspulen 39 werden
von einer Welle 38 angetrieben, um sich zu drehen. Die
zwei Schutzfolien-Rückgewinnungsspulen 39,
die in 5A über der MEA angeordnet sind,
werden wahlweise angewandt, um die Schutzfolie 8 mittels
einer ähnlichen
Struktur wie die des oben beschriebenen Spulenhaltebereichs 33 zurückzugewinnen.
Genauer gesagt, wenn eine der Schutzfolien-Rückgewinnungsspulen 39 voll
ist, wird die andere Schutzfolien-Rückgewinnungsspule 39 an
deren Stelle eingesetzt, und während
der Anwendung der zweiten Schutzfolien-Rückgewinnungsspule 39 wird
die volle Schutzfolien-Rückgewinnungsspule 39 durch
eine leere Schutzfolien-Rückgewinnungsspule 39 ersetzt.
Die zwei Schutzfolien- Rückgewinnungsspulen 39,
die in 5A unter der MEA 1 angeordnet
sind, werden ähnlich
genutzt.
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Die
MEA 1 wird von dem MEA-Zuführbereich 13 zur GDL-Befestigungseinheit 3 unter
Spannung, die vom MEA-Förderwalzenpaar 15 und
dem MEA-Spanner 14 aufgebracht wird, zugeführt. Der vorgenannte
optische Sensor 26 ist zwischen dem MEA-Zuführbereich 13 und
der GDL-Befestigungseinheit 3 vorgesehen.
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Zurückkommend
auf 1A umfasst die GDL-Befestigungseinheit 3 eine
ringförmige GDL-Transporteinrichtung 16,
einen GDL-Zuführbereich 17,
einen GDL-Befestigungsbereich 18 und eine Heißpresse 19,
die alle auf beiden Seiten der MEA 1 angeordnet sind.
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Bezug
nehmend auf 7 umfasst die GDL-Transporteinrichtung 16 eine
Kette 44, die um ein Paar von Kettenrädern 43 gewickelt
ist. Eines der Kettenräder 43 wird
von einem Servomotor 45 angetrieben, um sich zu drehen.
Eine Vielzahl von GDL-Transportpaletten 46 ist
an der Kette 44 befestigt. Wie in der Figur gezeigt, ist
die GDL-Transporteinrichtung 16 so angeordnet, dass die
linearen Bereiche einer elliptischen Spur, die von der Kette 44 gebildet
wird, parallel zur transportierten MEA 1 sind. Die Verlagerungsgeschwindigkeit
der Kette 44 ist so gesteuert, dass sie der Verlagerungsgeschwindigkeit der
MEA 1 entspricht.
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Bezug
nehmend auf 8 wird die GDL-Transportpalette 46 über einen
Stift 48, einen Haltearm 49 und einen teleskopischen
Zylinder 50 von einem Pfosten 47 gelagert, der
an der Kette 44 befestigt ist. Der Haltearm 49 ist
um den Stift 48 drehbar. Der teleskopische Zylinder 50 ist
in einer aufrechtstehenden Weise auf dem Innenumfangsende des Haltearms 49 in
Bezug auf die von der GDL-Transporteinrichtung 16 gebildete
Spur vorge sehen. Ein Ansaugpolster 52 ist am oberen Ende
des teleskopischen Zylinders 50 befestigt. Das Ansaugpolster 52 besteht
aus einem Vakuumaktuator, der die GDL 6 in Übereinstimmung
mit einem Signal hält und
freigibt.
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Die
GDL-Transporteinrichtung 16 umfasst ein Paar von Palettenhalteführungen 51,
die parallel zu Kette 44 liegen. Die Palettenhalteführungen 51 berühren die
untere Oberfläche
der GDL-Transportpalette 46,
die sich zusammen mit der Kette 44 bewegt, und hält somit
die GDL-Transportpalette 46 horizontal. Eine der Palettenhalteführungen 51 weist
einen unterbrochenen Bereich in einer parallelen Position zur MEA 1 auf.
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Bezug
nehmend auf 9 umfasst der GDL-Befestigungsbereich 18 eine
bewegliche Führung 51A,
die in die vorgenannte Einkerbung eingepasst ist. Die bewegliche
Führung 51A ist
am oberen Ende eines ansteigenden Zylinders 59 befestigt,
der auf einer Bodenfläche über einen
Stift gelagert ist. Wie durch die Strichpunktlinie in der Figur
gezeigt, hält
der ansteigende Zylinder 59, wenn er sich in einer zusammengezogenen
Position befindet, die GDL-Transportpalette 46 horizontal,
in einer ähnlichen
Weise wie bei der Palettenhalteführung 51. Wenn
er sich in der ausgedehnten Position befindet, dreht der ansteigende
Zylinder 59 die GDL-Transportpalette 46 um den
Stift 48 über
die bewegliche Führung 51A zu
einer vertikalen Position, wie durch die durchgehende Linie in der
Figur gezeigt. Es sei angemerkt, dass der unterbrochene Bereich
und die bewegliche Führung 51A in
einem Abschnitt ausgebildet sind, der sich vom GDL-Befestigungsbereich 18 bis
direkt vor die Heißpresse 19 erstreckt.
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Die
GDL 6, die auf dem Ansaugpolster 52 der GDL-Transportpalette 46 gehalten
wird, wird nach der Ausdehnung des ansteigenden Zylinders 59 in
einer aufrechten Position, der MEA 1 zugewandt, abgestützt. Indem
der teleskopische Zy linder 50 veranlasst wird, sich in
diesem Zustand auszudehnen, wird die GDL 6 gegen die MEA 1 gepresst. Wie
in der Figur gezeigt, veranlasst der GDL-Befestigungsbereich 18 die
ansteigenden Zylinder 59 auf jeder Seite der MEA 1,
sich synchron auszudehnen, und veranlasst außerdem die teleskopischen Zylinder 50 auf
jeder Seite der MEA 1, sich synchron auszudehnen, und somit
wird die GDL 6 gleichzeitig gegen beide Seiten der MEA 1 gepresst.
Die Oberfläche
der GDL 6, die mit der MEA 1 verbunden ist, ist mit
einer elektrolytischen Flüssigkeit
beschichtet und wurde im voraus getrocknet. Sobald die GDL 6 auf die
MEA 1 gepresst wurde, wird das Ansaugpolster 52 zurückgezogen
und der ansteigende Zylinder 59 und der teleskopische Zylinder 50 werden
veranlasst, sich zu berühren,
so dass die GDL-Transportpalette 46 zurück zur horizontalen Position
dreht. Die GDL 6, die durch die Klebekraft der elektrolytischen
Flüssigkeit
an der MEA 1 anhaftet, wird dann zusammen mit der MEA 1 zur
Heißpresse 19 transportiert.
-
Bezug
nehmend auf 10 ist das Innere der Heißpresse 19 mit
einem Paar von Pressplatten 60 ausgestattet, die von jeder
Seite der MEA 1 in Richtung zur MEA 1 hinausgeschoben
werden. Die Pressplatten 60 sind jeweils auf dem oberen
Ende eines teleskopischen Zylinders 61 gelagert. Die Pressplatten 60 werden
von einer Heizvorrichtung innerhalb eines Temperaturbereichs von
80 bis 150°C
gehalten. Wenn die teleskopischen Zylinder 61 veranlasst
werden, sich auszudehnen, werden die Pressplatten 60 beide
gegen die GDL 6 gepresst, die an jeder Oberfläche der
MEA 1 von außen
anhaftet, wodurch die MEA 1 und die GDL 6 thermisch
komprimiert werden. Durch diese thermische Kompression wird die
GDL 6, die vorher nur durch die Klebekraft des Elektrolyts
an jeder Oberfläche
der MEA 1 anhaftete, ganzheitlich mit der MEA 1 verbunden.
-
Zurückkommend
auf 1A wird die GDL 6 vom GDL-Zuführbereich 17,
der auf der gegenüberliegenden
Seite der Spur, die von der Kette 44 gebildet wird, zum
GDL-Befestigungsbereich 18 angeordnet ist, zur GDL-Transportpalette 46 zugeführt.
-
Bezug
nehmend auf 8 umfasst der GDL-Zuführbereich 17 eine
obenliegende Transfervorrichtung 54, welche die GDL 6 zur
GDL-Transportpalette 46 von
oben transportiert, und ein Paar von GDL-Zuführpaletten 53. Die
GDL 6, die mit einer elektrolytischen Flüssigkeit
beschichtet und im voraus getrocknet wurde, wird auf die GDL-Zuführpalette 53 gestapelt.
In diesem Zustand wird die GDL-Zuführpalette 53 von außen zu einer
vorbestimmten Position auf der Außenseite der von der Kette 44 gebildeten
Spur transportiert.
-
Die
Transfervorrichtung 54 umfasst eine Transportschiene 55,
die sich von der oberen Seite der GDL-Zuführpalette 53 zur oberen
Seite der GDL-Transportpalette 46 erstreckt, einen Rotor 56 mit
Selbstantrieb, der mit der Transportschiene 55 in Eingriff
ist, und einen Absenkbereich 57, der am Rotor 56 befestigt
ist. Der Absenkbereich 57 ist ein teleskopisches Element
mit einem Ansaugpolster 92, das ähnlich zum Ansaugpolster 52 aufgebaut
ist, das an seinem unteren Ende befestigt ist. Der Absenkbereich 57 dehnt
sich aus und zieht sich zusammen in Obereinstimmung mit einem Eingangssignal
und veranlasst das Ansaugpolster 92, die GDL 6 in Übereinstimmung
mit einem weiteren Eingangssignal zu halten und freizugeben.
-
Wie
durch die Doppelpunktlinie in der Figur gezeigt, bewegt die Transfervorrichtung 54 den
Absenkbereich 57 über
die Zuführpalette 53 und
veranlasst den Absenkbereich 57, sich auszudehnen, so dass
die oberste GDL 6, die auf der Zuführpalette 53 gestapelt
ist, vom Ansaugpolster 92 auf dem unteren Ende des Absenkbereichs 57 angesaugt
wird. Der Absenkbereich 57 wird dann veranlasst, sich zusammenzuziehen,
während
er die GDL 6 hält,
woraufhin der Rotor 56 veranlasst wird, sich zur oberen
Seite der GDL-Transportpalette 46 zu bewegen, wie durch die
durchgehende Linie in der Figur gezeigt. Der Absenkbereich 57 wird
dann veranlasst, sich wieder auszudehnen, woraufhin das Ansaugpolster 92 die GDL 6 freigibt,
so dass die GDL 6 auf das Ansaugpolster 52 der
GDL-Transportpalette 46 gelegt wird. Während die GDL 6 von
dem Ansaugpolster 52 gehalten wird, transportiert dann
die GDL-Transportpalette 46 die GDL 6 zur GDL-Befestigungseinheit 18 in Übereinstimmung
mit der Verlagerung der Kette 44.
-
Die
MEA 1, die ganzheitlich mit der GDL 6 in der GDL-Befestigungseinheit 3 verbunden
ist, wie oben beschrieben, bewegt sich dann durch den MEA-Spanner 14,
um die Separatorbefestigungseinheit 4 zu erreichen.
-
Zurückkommend
auf 1A umfasst die Separatorbefestigungseinheit 4 eine
ringförmige
Separatortransporteinrichtung 20, einen Separatorzuführbereich 21,
einen Dichtmittel-Aufbringungsbereich 22 zum
Aufbringen eines Dichtmittels bzw. Sperrmittels auf den Separator 7 auf
der Separatortransporteinrichtung, einen Separatorbefestigungsbereich 23 und einen
Trockenofen 24, die alle auf beiden Seiten der MEA 1 angeordnet
sind.
-
Bezug
nehmend auf 11 ist der Aufbau der Separatortransporteinrichtung 20 ähnlich zum Aufbau
der GDL-Transporteinrichtung 16,
umfassend eine Kette 64, die um ein Paar von Kettenrädern 63 gewickelt
ist, und einen Servomotor 65 zum Antreiben der Kettenräder 63.
Auf der Grundlage dieses Aufbaus bewegt sich die Kette 64 synchron
mit der Verlagerung der MEA 1. Eine Vielzahl von Separatortransportpaletten 66 ist
an der Kette 64 befestigt.
-
Bezug
nehmend auf 12 wird die Separatortransportpalette 66 über einen
Stift 68, einen Haltearm 69 und einen teleskopischen
Zylinder 70 von einem Pfosten 67 gelagert, der
an der Kette 64 befestigt ist. Der Haltearm 69 ist
um einen Stift 68 drehbar. Der teleskopische Zylinder 70 ist
in einer aufrechtstehenden Weise auf dem Innenumfangsende des Haltearms 69 in
Bezug auf die von der Separatortransporteinrichtung 20 gebildete
Spur vorgesehen. Ein Ansaugpolster 72 ist am oberen Ende
des teleskopischen Zylinders 70 befestigt. Das Ansaugpolster 72 besteht
aus einem Vakuumaktuator, der den Separator 7 in Übereinstimmung
mit einem Signal hält
und freigibt.
-
Die
Separatortransporteinrichtung 20 umfasst ein Paar von Palettenhalteführungen 71,
die parallel zur Kette 64 liegen. Die Palettenhalteführungen 71 berühren die
untere Oberfläche
der Separatortransportpalette 66, die sich zusammen mit
der Kette 64 bewegt, und hält somit die Separatortransportpalette 66 horizontal.
Eine der Palettenhalteführungen 71 weist
einen unterbrochenen Bereich in einer parallelen Position zur MEA 1 auf.
-
Bezug
nehmend auf 14 umfasst der Separatorbefestigungsbereich 23 eine
bewegliche Führung 71A,
die in einer Position entsprechend dem unterbrochenen Bereich der
Palettenhalteführung 71 angeordnet
ist. Die bewegliche Führung 71A ist
am oberen Ende eines ansteigenden Zylinders 87 befestigt,
der auf einer Bodenfläche über einen
Stift gelagert ist. Wie durch die Strichpunktlinie in der Figur
gezeigt, hält
der ansteigende Zylinder 87, wenn er sich in einer zusammengezogenen
Position befindet, die Separatortransportpalette 66 horizontal,
in einer ähnlichen
Weise wie bei der Palettenhalteführung 71. Wenn
er sich in der ausgedehnten Position befindet, dreht der ansteigende
Zylinder 87 die Separatortransportpalette 66 um
den Stift 68 über
die bewegliche Führung 71A zu
einer vertikalen Position, wie durch die durchgehende Linie in der
Figur gezeigt.
-
Der
Separator 7, der auf dem Ansaugpolster 72 der
Separatortransportpalette 66 gehalten wird, wird nach der
Ausdehnung des ansteigenden Zylinders 87 in einer aufrechten
Position, der MEA 1 zugewandt, abgestützt. Indem der teleskopische
Zylinder 70 veranlasst wird, sich in diesem Zustand auszudehnen,
wird der Separator 7 gegen die MEA 1 gepresst.
Wie in der Figur gezeigt, veranlasst der Separatorbefestigungsbereich 23 die
ansteigenden Zylinder 87 auf jeder Seite der MEA 1,
sich synchron auszudehnen, und veranlasst außerdem die teleskopischen Zylinder 70 auf
jeder Seite der MEA 1, sich synchron auszudehnen, und somit
wird der Separator 7 gleichzeitig gegen die beiden Oberflächen der MEA 1 gepresst.
Ein Außenumfangsbereich
des Separators 7, der der MEA 1 zugewandt ist,
wird im Voraus durch den Dichtmittel-Aufbringungsbereich 22 mit
einem Dichtmittel beschichtet.
-
Der
Trockenofen 24 liegt angrenzend an den Separatorbefestigungsbereich 23 auf
der stromabwärtigen
Seite der Bewegungsrichtung der MEA 1.
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Bezug
nehmend auf 15 ist der Trockenofen 24 in
einer Trockenofenkabine 88 vorgesehen, die ausgebildet
ist, um einen Teilabschnitt der Kette 64 abzudecken. Eine
Befestigungsführung 71B,
welche die Separatortransportpalette 66 in der gleichen vertikalen
Position wie der ausgedehnte ansteigende Zylinder 87 hält, ist
in der Trockenofenkabine 88 vorgesehen. Wenn die Separatortransporteinrichtung 20 die
Separatortransportpaletten 66 einstückig mit der MEA 1 vom
Separatorbefestigungsbereich 23 zum Trockenofen 24 transportiert,
werden die Separatortransportpaletten 66 von der Innenseite
der mobilen Führungen 71A zur
Innenseite der Befestigungsführungen 71B bewegt,
während
sie weiterhin die Separatoren 7 und die MEA 1 umgeben.
Sobald sich die Separatortransportpaletten 66 vollständig zur
Innenseite der Befestigungsführungen 71B bewegt
haben, ziehen sich die ansteigenden Zylinder 87 zusam men, so
dass die beweglichen Führungen 71A erneut
entlang der Palettenhalteführungen 71 angeordnet
sind.
-
Drei
Infrarotheizvorrichtungen 89A im fernen Infrarotbereich
sind in der Trockenofenkabine 88 über und an beiden Seiten der
Separatortransportpaletten 66, welche die MEA 1 zusammen
mit den Separatoren 7 umgeben, vorgesehen. Die Infrarotheizvorrichtungen 89A im
fernen Infrarotbereich halten die Innentemperatur der Trockenofenkabine 88 innerhalb
eines Bereichs von 80 bis 200°C.
Dadurch, dass es im Trockenofen 24 erwärmt wird, wird das Dichtmittel
auf dem Außenumfangsbereich
der Separatoren 7 gehärtet,
so dass die Separatoren 7 an der MEA 1 fixiert
werden. Die GDLs 6 werden vorher in der GDL-Befestigungseinheit 3 ganzheitlich
an den zwei Oberflächen
der MEA 1 fixiert, und somit werden, genau genommen, die
Separatoren 7 an den GDLs 6 fixiert. Mit anderen
Worten wird die Schichtung der Brennstoffzelle durch diesen Heizvorgang vollendet.
-
Die
Befestigungsführung 71B weicht
allmählich
von der MEA 1 zur stromabwärtigen Seite des Trockenofens 24 in
der Bewegungsrichtung der Separatortransportpalette 66 zurück, wodurch
sie schließlich
die Palettenhalteführung 71 erreicht,
welche die Separatortransportpalette 66 in einem horizontalen
Zustand hält.
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Zurückkommend
auf 1A wird der Separator 7 von dem Separatorzuführbereich 21 zur
Separatortransportpalette 66 zugeführt, der auf der gegenüberliegenden
Seite der Spur, die von der Kette 64 zum Separatorbefestigungsbereich 23 gebildet
wird, angeordnet ist.
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Zurückkommend
auf 12 ist der Separatorzuführbereich 21 ähnlich wie
der GDL-Zuführbereich 17 aufgebaut.
Genauer umfasst der Separatorzuführbereich 21 eine
obenliegende Trans fervorrichtung 74 und ein Paar von Separatorzuführpaletten 73.
Die Separatorzuführpaletten 73 werden
von außen
zu einer vorbestimmten Position auf der Außenseite der Spur, die durch
die Kette 64 gebildet wird, transportiert, wobei die Separatoren 7 darauf
gestapelt sind.
-
Die
Transfervorrichtung 74 umfasst eine Transportschiene 75,
einen Rotor 76 mit Selbstantrieb, der mit der Transportschiene 75 in
Eingriff ist, und einen Absenkbereich 77, der am Rotor 76 befestigt
ist. Der Absenkbereich 77 ist ein teleskopisches Element
mit einem Ansaugpolster 102, das ähnlich zum Ansaugpolster 72 aufgebaut
ist, das an seinem unteren Ende befestigt ist. Der Absenkbereich 77 dehnt
sich aus und zieht sich zusammen in Übereinstimmung mit einem Eingangssignal
und veranlasst das Ansaugpolster 102, den Separator 7 in Übereinstimmung
mit einem weiteren Eingangssignal zu halten und freizugeben. Der
Transport des Separators 7 von der Separatorzuführpalette 73 zur
Separatortransportpalette 66 wird von der Transfervorrichtung 74 in ähnlicher
Weise wie der Transport der GDL 6 von der GDL-Zuführpalette 53 zur
GDL-Transportpalette 46 durch die Transfervorrichtung 54 durchgeführt.
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Zurückkommend
auf 1A ist der Dichtmittel-Aufbringungsbereich 22 angrenzend
an den Separatorzuführbereich 21 auf
der stromabwärtigen Seite
der Spur, die durch die Kette 64 gebildet wird, vorgesehen.
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Bezug
nehmend auf 13 umfasst der Dichtmittel-Aufbringungsbereich 22 eine
Aufbringungsdüse 78,
die dem Separator 7 zugewandt ist, die auf der Separatortransportpalette 66 in
einem horizontalen Zustand von oben transportiert wird. Die Aufbringungsdüse 78 ist
auf dem oberen Ende eines teleskopischen Zylinders 80 angeordnet,
der so gelagert ist, dass er sich in einer vertikalen Richtung auf einem
X-Y-Roboter 79, der sich in einer horizontalen Richtung
innerhalb eines vorbe stimmten Arbeitsbereichs über der Separatortranportpalette 66 verlagern
kann, ausdehnen und zusammenziehen kann. Der X-Y-Roboter 79 bewegt die Aufbringungsdüse 78 zwischen
dem Arbeitsbereich und einer Standby-Position 81 seitlich
davon.
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Der
Dichtmittel-Aufbringungsbereich 22 umfasst eine Kartusche 82,
die das Dichtmittel lagert, welches durch eine Pumpe unter Druck
gesetzt wird, eine Hauptleitung 84, welche das Dichtmittel
von der Kartusche 82 zu einer nicht verstellbaren Vorrichtung 85 pumpt,
und eine Nebenleitung 86, welche das von der nicht verstellbaren
Vorrichtung 85 gemessene Dichtmittel zur Aufbringungsdüse 78 zuführt. Der Dichtmittel-Aufbringungsbereich 22 bringt
das Dichtmittel über
die Aufbringungsdüse 78 an
einer vorbestimmten Position, einschließlich des Außenumfangsbereichs,
des Separators 7 auf, der von der Separatortransportpalette 66 unter
der Aufbringungsdüse 78 hindurch
transportiert wird.
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Als
Nächstes
werden die Funktionen der Steuerung 5, welche die MEA-Transporteinheit 2,
die GDL-Befestigungseinheit 3 und die Separatorbefestigungseinheit 4 steuert,
beschrieben.
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Bezug
nehmend auf 2 steuert die Steuerung 5 die
Transportgeschwindigkeit und den Transporttakt der MEA 1 durch
die MEA-Transporteinheit 2 auf der Grundlage von Eingangssignalen
vom optischen Sensor 26, der die Transportlöcher 10 und
die Markierungen 11 auf der MEA 1 erfasst. Genauer
gesagt steuert die Steuerung 5 die Drehung des Servomotors 36,
der die Transportwalze 32 antreibt, der Förderwalzen 15 und
der Schutzfolien-Rückgewinnungsspulen 39.
Die Steuerung 5 steuert ebenfalls auf der Grundlage der
Eingangssignale vom optischen Sensor 26 den Betätigungszeitpunkt
des GDL-Zuführbereichs 17,
des Servomotors 45 der GDL-Transporteinrichtung 16,
des GDL-Befestigungsbereichs 18 und
der Heißpresse 19 in
der GDL-Befestigungseinheit 3.
Die Steuerung 5 steuert außerdem den Betätigungszeitpunkt
des Separatorzuführbereichs 21,
des Servomotors 65 der Separatortransporteinrichtung 20,
des Dichtmittel-Aufbringungsbereichs 22 und des Separatorbefestigungsbereichs 23 in
der Separatorbefestigungseinheit 4 auf der Grundlage von
Eingangssignalen vom optischen Sensor 26.
-
Die
Steuerung 5 besteht aus einem Mikrocomputer mit einer zentralen
Recheneinheit (CPU), einem Festwertspeicher (ROM), einem Direktzugriffsspeicher
(RAM) und einer Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle
(I/O-Schnittstelle). Die Steuerung 5 kann aus einer Vielzahl
von Mikrocomputern bestehen.
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Um
diesen Steuervorgang auszuführen,
umfasst die Steuerung 5 einen Referenzsignal-Ausgabebereich 27,
einen Betätigungszeitpunkt-Einstellbereich 28,
einen MEA-Transporteinheit-Steuerbereich 2A,
der die verschiedenen Vorrichtungen der MEA-Transporteinheit 2 steuert,
einen GDL-Befestigungseinheit-Steuerbereich 3A,
der den Betätigungszeitpunkt
der verschiedenen Vorrichtungen der GDL-Befestigungseinheit 3 steuert,
und einen Separatorbefestigungseinheit-Steuerbereich 4A,
der die verschiedenen Vorrichtungen der Separatorbefestigungseinheit 4 steuert.
Jeder Bereich bezeichnet eine Funktion der Steuerung 5 als
virtuelle Einheit und existiert physisch nicht.
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Der
Referenzsignal-Ausgabebereich 27 erzeugt ein Signal entsprechend
der tatsächlichen Transportgeschwindigkeit
der MEA 1 aus der Signaleingabe in die Steuerung 5 durch
den optischen Sensor 26 auf der Grundlage der Transportlöcher 10.
Der Bezugssignal-Ausgabebereich 27 erfasst außerdem die
Position der Katalysatorschicht 12, gezeigt durch die durchbrochene
Linie in 3, aus einer Signaleingabe in
die Steuerung 5 durch den optischen Sensor 26 auf
der Grundlage der optischen Markierungen 11, und erzeugt
ein Referenzpositionssignal entsprechend der erfassten Position.
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Der
Betätigungszeitpunkt-Einstellbereich 28 erzeugt
ein Betätigungszeitpunktsignal
für verschiedene
Aktuatoren aus dem Referenzpositionssignal und der tatsächlichen
Transportgeschwindigkeit der MEA 1. Der Abstand vom optischen
Sensor zu den verschiedenen Aktuatoren ist im voraus bekannt und deshalb
kann der Zeitpunkt zur Betätigung
jedes Aktuators durch Berechnung aus diesem Abstand, dem Referenzpositionssignal
und der tatsächlichen
Transportgeschwindigkeit der MEA 1 bestimmt werden.
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Ein
Betätigungszeitpunktsignal
betreffend die GDL-Befestigungseinheit 3 umfasst
den Betätigungszeitpunkt
des ansteigenden Zylinders 59 und des Ansaugpolsters 52,
um die GDL 6 direkt auf der Oberseite der Katalysatorschicht 12 auf
der MEA 1 anzubringen, den Betätigungszeitpunkt des teleskopischen
Zylinders 61, um die Pressplatten 60 gegen die
GDLs 6 auf den zwei Oberflächen der MEA 1 zu pressen,
und den Betätigungszeitpunkt
des Rotors 56, des Absenkbereichs 57 und des Ansaugpolsters 52 zum
Zuführen
der GDL 6 von der GDL-Zuführpalette 53 zur GDL-Transportpalette 46.
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Ein
Betätigungszeitpunktsignal
bezüglich
der Separatorbefestigungseinheit 4 umfasst den Betätigungszeitpunkt
des ansteigenden Zylinders 87 und des Ansaugpolsters 72,
um den Separator 7 direkt oben auf der GDL 6 anzubringen,
den Betätigungszeitpunkt
des Rotors 76, des Absenkbereichs 77 und des Ansaugpolsters 102 zum
Zuführen
des Separators 7 von der Separatorzuführpalette 73 zur Separatortransportpalette 66 und
den Betätigungszeitpunkt
des X-Y-Roboters 79, des teleskopischen Zylinders 80 und
der Aufbringungsdüse 78 zum
korrekten Aufbringen des Dichtmittels auf den Umfangskantenbereich
des Separators 7.
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Der
MEA-Transporteinheit-Steuerbereich 2A regelt die Drehgeschwindigkeit
der Transportwalze 32, der MEA-Förderwalzen 15 und
der Schutzfolien-Rückgewinnungsspulen 39 auf
der Grundlage des Signals der tatsächlichen Transportgeschwindigkeit
der MEA 1, um eine voreingestellte Ziel-Transportgeschwindigkeit
der MEA 1 zu realisieren.
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Der
GDL-Befestigungseinheit-Steuerbereich 3A steuert die Drehgeschwindigkeit
des Servomotors 45 auf der Grundlage der tatsächlichen Transportgeschwindigkeit
der MEA 1, so dass die Geschwindigkeit der zwei GDL-Transporteinrichtungen 16 gleich
der tatsächlichen
Transportgeschwindigkeit der MEA 1 ist. Der GDL-Befestigungseinheit-Steuerbereich 3A steuert
außerdem
den GDL-Zuführbereich 17,
den GDL-Befestigungsbereich 18 und die Heißpresse 19 auf
der Grundlage des Betätigungszeitpunktsignals
bezüglich
der GDL-Befestigungseinheit 3, das vom Betätigungszeitpunkt-Einstellbereich 28 erzeugt
wird.
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Der
Separatorbefestigungseinheit-Steuerbereich 4A steuert die
Drehgeschwindigkeit des Servomotors 65 auf der Grundlage
des Signals der tatsächlichen
Transportgeschwindigkeit der MEA 1, so dass die Geschwindigkeit
der zwei Separatortransporteinrichtungen 20 gleich der
tatsächlichen
Transportgeschwindigkeit der MEA 1 ist. Der Separatorbefestigungseinheit-Steuerbereich 4A steuert
außerdem den
Separatorzuführbereich 21,
den Dichtmittel-Aufbringungsbereich 22 und den Separatorbefestigungsbereich 23 auf
der Grundlage des Betätigungszeitpunktsignals
bezüglich
der Separatorbefestigungseinheit 4, das von dem Betätigungszeitpunkt-Einstellbereich 28 erzeugt
wird.
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In
dieser Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung ist die MEA 1 mit
den Transportlöchern 10, die
mit den Vorsprüngen
der Transportwalze 32 in Eingriff gelangen, und den Markierungen 11,
welche die Position jeder Katalysatorschicht 12 angeben, ausgestattet,
und auf der Grundlage eines einzelnen Signals, das vom optischen
Sensor 26 jedes Mal, wenn das Loch 10 und die
Markierung 11 diesen passieren, ausgegeben wird, wird die tatsächliche
Transportgeschwindigkeit der MEA 1 und die Position der Katalysatorschicht 12 erfasst.
Dadurch kann die Geschwindigkeit der GDL-Transporteinrichtungen 16 und
der Separatortransporteinrichtungen 20 genau auf die tatsächliche
Transportgeschwindigkeit der MEA 1 abgestimmt werden. Weiterhin
kann der Betätigungszeitpunkt
der verschiedenen Aktuatoren in der GDL-Befestigungseinheit 3 und
der Separatorbefestigungseinheit 4 genau aufgrund der Position
der Katalysatorschicht 12 und der tatsächlichen Transportgeschwindigkeit
der MEA 1 festgelegt werden. Somit können die GDL 6 und
der Separator 7 mit einem hohen Grad an Positionsgenauigkeit
an der MEA 1 angebracht werden.
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In
dieser Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung wird die GDL 6 an
der MEA 1 angebracht, während
sie sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die MEA 1 vorwärts bewegt,
und der Separator 7 wird ebenfalls an der MEA 1 angebracht,
während
er sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die MEA 1 vorwärts bewegt.
Dadurch können
Brennstoffzellen effizient hergestellt werden, während die MEA-Transporteinheit 2 ohne
Unterbrechung läuft.
-
Als
Nächstes
wird unter Bezugnahme auf 16A bis 16C die Erfindung beschrieben.
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Hier
wird der Separator 7 auf einer Transportfolie 95 ausgebildet.
Die Transportfolie 95 ist mit ähnlichen Transportlöchern 10A wie
diejenigen, die in der MEA 1 ausgebildet sind, ausgebildet.
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Die
Vorrichtung zum Herstellen einer Brennstoffzelle umfasst eine MEA-Transporteinheit 200 und
ein Paar von Separatortransporteinheiten 40, die an jeder
Seite davon angeordnet sind.
-
In
der MEA-Transporteinheit 200 wird die MEA 1 von
der Rolle 30 der MEA 1, die um die Spule 9 gewickelt
ist, von einer Transportwalze 32 zugeführt. Ähnlich zum vorbeschriebenen
Verfahren sind Katalysatorschichten auf der MEA 1 in festen
Abständen
ausgebildet, und die Transportlöcher 10 sind
in festen Abständen
auf den zwei Außenseiten
der Katalysatorschicht ausgebildet. Im Gegensatz zum vorstehend
beschriebenen Verfahren jedoch haftet keine Schutzfolie an der MEA 1,
wenn diese durch die Transportwalze 132 läuft. Vorsprünge, die
mit den Löchern 10 in
Eingriff gelangen, sind in beiden Randbereichen der Umfangsfläche der
Transportwalze 132 ausgebildet.
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Die
Separatoren 7 werden im Voraus an der Folie 95 angebracht,
welche die Transportlöcher 10A auf
beiden Seiten und in festen Abständen, ähnlich zu
den auf der MEA 1 ausgebildeten Löchern, umfasst, in gleichen
Abständen
zu den Katalysatorschichten, die auf der MEA 1 ausgebildet
sind.
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Die
Separatortransporteinheit 40 umfasst eine Transportwalze 132A,
die ähnliche
Vorsprünge wie
diejenigen, die auf der Transportwalze 132 ausgebildet
sind, aufweist und synchron zur Transportwalze 132 dreht.
Die Transportwalze 132A transportiert die Folie 95 indem
sie sich dreht, während
die Vorsprünge 132B mit
den Löchern 10A in
Eingriff gelangen. Die Dichtmittel-Aufbringungsdüse 78 ist stromaufwärts der
Transportwalze 132A in der Bewegungsrichtung der Folie 95 vorgesehen. Ähnlich zum vorbeschriebenen
Verfahren bringt die Dichtmittel-Aufbringungsdüse 78 das Dichtmittel
an einer vorbestimmten Position, einschließlich des Außenumfangsbereichs,
des Separators 7 auf.
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Somit
wird die Folie 95, an der die Separatoren 7 anhaften,
zu den zwei Seiten der MEA 1 zugeführt. Die Separatoren 7 auf
der Folie 95 werden durch ein Paar von Verbindungswalzen 133 auf
die MEA 1 gepresst.
-
Wie
in 16C gezeigt, sind Vorsprünge 320, welche die
Transportlöcher 10 durchdringen, und
die Löcher 10A in
den Randbereichen der Umfangsfläche
des Paars von Verbindungswalzen 133 ausgebildet. Die andere
Verbindungswalze 133 ist mit vertieften Bereichen 321 ausgebildet,
welche die Vorsprünge 320 aufnehmen.
Durch den Eingriff zwischen den Vorsprüngen, welche die Löcher 10 durchdringen,
und den Löchern 10A und
die vertieften Bereiche 321 presst das Paar von Verbindungswalzen 133 die
Separatoren 7 von beiden Seiten in eine Position, die genau
den Katalysatorschichten 12 auf der MEA 1 entspricht.
Thermische Kompressionswalzen 94 sind stromabwärts der
Verbindungswalzen 133 in der Bewegungsrichtung der MEA 1 vorgesehen.
Die thermischen Kompressionswalzen 94 bringen eine Kompressionskraft
auf die Separatoren 7 auf und erwärmen sie, wobei die Separatoren
die MEA 1 von außen
umgeben, so dass die Separatoren 7 noch sicherer an der
MEA 1 befestigt werden, das auf die Separatoren 7 aufgebrachte
Dichtmittel getrocknet wird und die Separatoren 7 vollständig an
der MEA 1 anhaften. Nach der oben beschriebenen Verarbeitung
wird die Folie 95 von den Separatoren 7 abgezogen,
wodurch die Brennstoffzelle fertig ist. Es sei angemerkt, dass in
diesem Ausführungsbeispiel
keine GDL verwendet wird, aber durch Anbringen von GDLs an der Folie 95 anstatt
der Separatoren 7 kann die Vorrichtung verwendet werden,
um eine GDL an der MEA 1 zu befestigen.
-
Gemäß der Erfindung
haftet der Separator 7 an der Folie 95 und die
Vorsprünge 320,
die auf der Verbindungswalze 133 ausgebildet sind, werden
veranlasst, die Löcher 10 in
der MEA 1 und die Löcher 10A in
der Folie 95 zu durchdringen. Dadurch kann eine Positionierung
zwischen der Katalysatorschicht 12 auf der MEA 1 und
dem Separator 7 zu allen Zeiten genau durchgeführt werden.
-
Als
Nächstes
wird unter Bezugnahme auf 17A bis 28 ein
weiteres Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Herstellen einer Brennstoffzelle
beschrieben.
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Als
Erstes umfasst eine Brennstoffzellenstapel-Herstellungsvorrichtung
unter Bezugnahme auf 17A eine Laminiereinheit 201 und
eine MEA-Transporteinheit 202, welche die Laminiereinheit 201 mit
der MEA 1 beliefert. Die Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung
umfasst ferner eine Schichtstoff-Zuführeinheit 203, die
in 21 gezeigt ist, welche die Laminiereinheit 201 mit
einem Schichtstoff 210 beliefert.
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In
der MEA-Transporteinheit 202 wird die MEA 1 von
der Rolle 30 der MEA 1, die um die Spule 9 gewickelt
ist, durch zwei Paare von Transportwalzen 211 entnommen
und der Laminiereinheit 201 zugeführt.
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Bezug
nehmend auf 18 sind Katalysatorschichten
auf beiden Oberflächen
der MEA 1 im Voraus ausgebildet, und Transportlöcher 212 sind auf
beiden Seitenbereichen der MEA 1 in gleichen Abständen in
der Längsrichtung
der MEA 1 ausgebildet. Weiterhin ist zur Unterstützung der
Laminiereinheit 201 beim Ausschneiden der MEA 1 eine
rechteckige Perforation 213 auf dem Außenumfang der Katalysatorschicht
ausgebildet.
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Bezug
nehmend auf 17B sind Vorsprünge 320,
welche die Transportlöcher 212 in
der MEA 1 durchdringen, auf dem Außenumfang einer jedes Paars
von Transportwalzen 211 ausgebildet. Die andere Transportwalze 211 jedes
Paars ist mit vertieften Bereichen 321 ausgebildet, welche
die Vorsprünge 320 aufnehmen.
Durch den Eingriff zwischen den Vorsprüngen 320, welche die
Löcher 10 durchdringen,
und den vertieften Bereichen 321 transportiert die Transportwalze 211 die
MEA 1 zur Laminiereinheit 201 genau mit einer
voreingestellten Transportgeschwindigkeit. Die Paare von Transportwalzen 211 drehen
syn chron. Die Anzahl der Umdrehungen, die von den Transportwalzen 211 während eines
Vorgangs durchgeführt
wird, ist so festgelegt, dass sich die MEA 1 während eines
Vorgangs um eine gleiche Entfernung wie der Abstand der Perforation 213 bewegt.
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Zurückkommend
auf 17A ist die Laminiereinheit 201 zwischen
dem einen Paar von Transportwalzen 211 und dem anderen
Paar von Transportwalzen 211 angeordnet.
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Die
Laminiereinheit 201 umfasst Rahmen 205, die jeweils
der oberen Seite und der unteren Seite der MEA 1 zugewandt
sind, die sich in einer horizontalen Richtung zwischen den zwei
Paaren von Transportwalzen 211 erstreckt. Ein anhebbares
oberes Element 206 ist auf dem Rahmen 205 auf
der oberen Seite der MEA 1 gelagert. Ein anhebbares unteres
Element 207 ist auf dem Rahmen 205 auf der unteren
Seite der MEA 1 gelagert.
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Das
untere Element 207 stützt
vorher geschichtete Brennstoffzellen 204 von unten. Das
untere Element 207 und die geschichteten Brennstoffzellen 204 sind
beide innerhalb eines Halterahmens 208 aufgenommen, der
am Rahmen 205 befestigt ist. Das obere Element 206 umfasst
ein Ansaugpolster 206A, welches den Schichtstoff 210 greift.
Ein magnetisches Spannfutter kann an Stelle des Ansaugpolsters 206A verwendet
werden.
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Das
obere Element 206 steigt und sinkt zwischen einer in 17A gezeigten angehobenen Position und einer in 27 gezeigten
abgesenkten Position. Das untere Element 207 steigt und
sinkt zwischen einer in 25 gezeigten
angehobenen Position und einer in 27 gezeigten
abgesenkten Position. Es sei angemerkt, dass die abgesenkte Position
des oberen Elements 206 und die angehobene Position des
unteren Elements 207 von der Dicke der vorher geschichteten
Brennstoffzellen 204 in dem Halterahmen 208 abhängen.
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Zurückkommend
auf 17A wird die Hebewegentfernung
des oberen Elements 206 auf einen Wert festgelegt, der
durch Addieren einer vorbestimmten Spaltabmessung zwischen dem Schichtstoff 210 in
der angehobenen Position und der MEA 1 und einer vorbestimmten
Spaltabmessung zwischen den auf dem unteren Element 207 gestapelten Brennstoffzellen 204 und
der MEA 1 zu der Dicke des Schichtstoffs 210 und
der MEA 1.
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Zurückkommend
auf 27 presst das obere Element 206 den Schichtstoff 210 gegen
die MEA 1, so dass die MEA 1 von der Perforation 213 ausgeschnitten
und nach unten ausgestanzt wird.
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Wie
in 19 gezeigt, kann die MEA 1 ohne die Perforation 213 ausgebildet
sein und stattdessen kann, wie in 20 gezeigt,
eine Schneidevorrichtung 215 auf dem oberen Element 206 vorgesehen sein,
so dass die MEA 1 ausgeschnitten wird, wenn sich das obere
Element 206 absenkt.
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Bezug
nehmend auf 22 wird der Schichtstoff 210 durch
Anbringen von Gasdiffusionsschichten (GDLs) 221A und 221B an
den jeweiligen Oberflächen
eines Separtors 220 und Aufbringen eines Dichtmittels 222A und 222B auf
die Außenoberfläche des
Separators 220 gebildet. Der Schichtstoff 210 wird
von einer getrennten Montagevorrichtung zusammengesetzt. Gasdurchgänge 223A und 223B werden
in beiden Oberflächen
des Separators 220 im Voraus ausgebildet. Ein Brennstoffzellenstapel
wird durch abwechselndes Schichten der MEA 1 und des Schichtstoffs 210 gebildet.
Eine Endplatte ist jeweils auf dem oberen Ende und unteren Ende
des Brennstoffstapels angeordnet, und schließlich wird der Brennstoffzellenstapel
durch Gewindebolzen, welche den Stapel in einer Längsrichtung
durchdringen, und Muttern einstückig
verbunden. Dementsprechend wird ein in 23 gezeigtes
Schichtmittel 210A an Stelle des in 22 gezeigten Schichtmittels 210 am unteren
Ende des in 17A gezeigten Brennstoffzellenstapels
verwendet.
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Bezug
nehmend auf 23 wird der Schichtstoff 210A durch
Anbringen der GDL 221A an einer Endplatte 220A gebildet,
die in ihrer oberen Oberfläche
mit einem Gasdurchgang 223A ausgebildet ist, und Aufbringen
eines Dichtmittels 222A an dem Außenumfang der Endplatte 220A.
Ein Schichtstoff, der ähnlich
zu dem in 23 gezeigten Schichtstoff 210A ist,
aber in der Auf-Ab-Richtung umgekehrt, wird auf das obere Ende des
Brennstoffzellenstapels, der eine vorbestimmte Anzahl von geschichteten
Brennstoffzellen umfasst, geschichtet.
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Hier
haften die GDLs 221A und 221B am Separator 220,
aber die GDLs 221A und 221B können im Voraus auf den Oberflächen der
MEA 1 ausgebildet werden. In diesem Fall besteht der Schichtstoff 210 nur
aus dem Separator 220 und dem Dichtmittel 222A, 222B.
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Bezug
nehmend auf 21 umfasst die Schichtstoff-Zuführeinheit 203 eine
Transportpalette 216 und einen Befestigungsbereich 217.
Die Transportpalette 216 trägt eine Vielzahl von Schichtstoffen 210 zu
einer vorbestimmten Position in der Nähe des Befestigungsbereichs 217.
Der Befestigungsbereich 217 umfasst einen Dreharm 218.
Der Dreharm 218 nimmt den Schichtstoff 210 von
der Transportpalette 216 auf, dreht sich um im Wesentlichen 180 Grad
und bewegt somit den Schichtstoff 210 direkt unter das Ansaugpolster 206A auf
dem oberen Element 206. In diesem Zustand senkt sich das
obere Element 206 ab und greift den Schichtstoff 210 unter
Verwendung des Ansaugpolsters 206A.
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Als
Nächstes
wird unter Bezugnahme auf 24 die
Funktionsabfolge der Brennstoffzellenstapel-Herstellungsvorrichtung
beschrieben.
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Als
Erstes, in einem Schritt S1, greift die Herstellungsvorrichtung
den in 23 gezeigten Schichtstoff 210A unter
Verwendung des Ansaugpolsters 206A am oberen Element 206 und
legt den Schichtstoff 210A auf das untere Element 207.
Zu diesem Zeitpunkt, nach dem Schneiden des Katalysatorschichtteils
entlang der Perforation 213 im vorherigen Schichtvorgang,
wird ein Loch in der MEA 1 ausgebildet, die unter dem oberen
Element 206 angeordnet ist. Deshalb wird der vom Ansaugpolster 206A aufgegriffene
Schichtstoff 210A durch dieses Loch auf das untere Element 207 gelegt.
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Als
Nächstes,
in einem Schritt S2, greift die Herstellungsvorrichtung den in 22 gezeigten Schichtstoff 210 unter
Verwendung des Ansaugpolsters 206A am oberen Element 206.
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Als
Nächstes,
in einem Schritt S3, veranlasst die Herstellungsvorrichtung die
Transportwalzen 211, die MEA 1 von der Rolle 30 zur
Laminiereinheit 201 zuzuführen.
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Als
Nächstes,
einem Schritt S4, hebt die Herstellungsvorrichtung das untere Element 207 an,
so dass die MEA 1 über
den Schichtstoff 210A nach oben geschoben wird. Dadurch
wird eine Spannung auf die MEA 1 aufgebracht, um Falten
und durchhängende
Stellen aus der MEA 1 zu entfernen. Wie in 25 gezeigt,
wird die MEA 1, wenn der Schritt S4 zum zweiten Mal und öfter ausgeführt wird,
eher vom Schichtstoff 210 als vom Schichtstoff 210A nach oben
geschoben.
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Als
Nächstes,
in einem Schritt S5, senkt die Herstellungsvorrichtung das obere
Element 206, wie in 26 gezeigt,
um den Schichtstoff 210 mit der MEA 1 in Kontakt
zu bringen. Dadurch wird die MEA 1 zwischen dem Schichtstoff 210A und
dem Schichtstoff 210 eingelegt. Wenn die Verarbeitung des Schritts
S5 zum zweiten Mal und öfter
ausgeführt wird,
wird die MEA 1 zwischen zwei der Schichtstoffe 210 eingelegt.
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Als
Nächstes,
in einem Schritt S6, senkt die Herstellungsvorrichtung das obere
Element 206 und das untere Element 207, so dass
die MEA 1 von der Perforation 213 ausgeschnitten
und nach unten ausgestanzt wird. Wenn keine Perforation 213 auf
der MEA 1 ausgebildet ist und die Schneidevorrichtung 215 am
oberen Element 206 vorgesehen ist, wird die MEA 1 unter
Verwendung der Schneidevorrichtung 215 geschnitten. Das
obere Element 206 und das untere Element 207 stoppen
das Absenken in einer Position, bei der ein vorbestimmter Spalt
zwischen dem oberen Ende der Brennstoffzellen 204, die
im Halterahmen 208 gestapelt sind, oder mit anderen Worten
dem oberen Ende des Schichtstoffs 210, der auf dem Ansaugpolster 206A gehalten
wird, und der MEA 1, auf dem Umfang der Perforation 213 gesichert
ist.
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In
einem folgenden Schritt S7 löst
die Herstellungsvorrichtung den Schichtstoff 210 vom Ansaugpolster 206A.
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Als
Nächstes,
in einem Schritt S8, führt
die Herstellungsvorrichtung das obere Element 206 zu seiner
angehobenen Position zurück,
wie in 28 gezeigt. Der Schichtstoff 210 wird
innerhalb des Halterahmens 208, der auf die ausgestanzte
MEA 1 geschichtet ist, gehalten.
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Als
Nächstes,
in einem Schritt S9, bestimmt die Herstellungsvorrichtung, ob die
Schichtung der geplanten vorbestimmten Anzahl von Brennstoffzellen,
welche den Brennstoffzellenstapel bilden, vollendet ist oder nicht.
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Wenn
die Brennstoffzellenschichtung nicht vollendet ist, wiederholt die
Herstellungsvorrichtung die Verarbeitung der Schritte S2 bis S8.
Wenn die Brennstoffzellenschichtung vollendet ist, greift die Herstellungsvorrichtung
den Schicht stoff, der die Endplatte enthält, unter Verwendung des Ansaugpolsters 208 in
einem Schritt S10 und senkt das obere Element 206 ab, so
dass der Schichtstoff auf dem oberen Ende der Brennstoffzellen,
die in dem Halterahmen 8 gestapelt sind, durch das Loch
auf der Innenseite der Perforation 213 in der MEA 1 befestigt wird.
Wie oben erwähnt,
entspricht der hier verwendete Schichtstoff dem in 23 gezeigten
Schichtstoff 210A, in der Auf-Ab-Richtung umgedreht.
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Durch
die oben beschriebene Verarbeitung wird ein Brennstoffzellenstapel
mit einer vorbestimmten Anzahl von geschichteten Brennstoffzellen
hergestellt. Wie oben beschrieben, wird der Brennstoffzellenstapel
schließlich
einstückig
durch Gewindebolzen und Muttern verbunden, wobei diese Funktion in
einem getrennten Vorgang durchgeführt wird.
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Gemäß dieser
Brennstoffzellenstapel-Herstellungsvorrichtung wird die MEA 1 zur
Laminiereinheit 201 in vorbestimmten Abständen unter
Verwendung der Transportwalzen 211 zugeführt, welche Vorsprünge aufweisen,
die mit den Löchern 10 in
der MEA 1 in Eingriff gelangen, und somit kann die Katalysatorschicht
der MEA 1 direkt unter dem oberen Element 206 der
Laminiereinheit 210 mit einem hohen Grand an Genauigkeit
positioniert werden. Dadurch kann die MEA 1 mit genauer
Positionierung auf dem Schichtstoff 210 oder dem Schichtstoff 210A geschichtet
werden.
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Weiterhin
werden in dieser Herstellungsvorrichtung die Vorgänge, die
MEA 1 zu schneiden und die geschnittene MEA 1 auf
dem Schichtstoff 210 oder 210A zu schichten, in
einem einzelnen Hub des oberen Elements 206 durchgeführt, und
deshalb kann der Brennstoffzellenstapel effizient hergestellt werden.
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Hier
schichtet das obere Element 206 die MEA 1 auf
den Schichtstoff 210 von der oberen Seite der Brennstoffzellen, die
im Halterahmen 208 gestapelt sind, aber es kann eine Konstruktion
bereitgestellt werden, in der der Halterahmen 208 am oberen Element 206 befestigt
ist und das untere Element 207 die MEA 1 auf den
Schichtstoff 210 von der unteren Seite der Brennstoffzellen,
die im oberen Halterahmen 208 gestapelt sind, schichtet.
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Es
sei angemerkt, dass der beanspruchte erste Separator den vom unteren
Element 207 gestützten
Separator 220 bezeichnet, während der beanspruchte zweite
Separator den vom oberen Element 206 gestützten Separator 220 bezeichnet.
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Industrielles Anwendungsgebiet
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Wie
oben beschrieben, wird in dieser Erfindung eine Polymer-Elektrolyt-Membran,
die mit Transportlöchern
ausgebildet ist, von Walzen mit Vorsprüngen, die auf deren Außenumfang
ausbildet sind, um mit den Löchern
in Eingriff zu gelangen, transportiert, und somit kann die Polymer-Elektrolyt-Membran
in dem Brennstoffzellen-Herstellungsvorgang mit einem hohen Grad
an Genauigkeit positioniert werden. Weiterhin kann die Polymer-Elektrolyt-Membran
ständig
zugeführt
werden, und somit kann auch eine Verbesserung der Herstellungseffizienz
der Brenn stoffzelle erwartet werden. Diese Erfindung bietet besonders
vorteilhafte Wirkungen, wenn sie bei der Herstellung eines Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellenstapels
verwendet wird.