DE112004002350T5

DE112004002350T5 - Brennstoffzellen-Herstellung

Info

Publication number: DE112004002350T5
Application number: DE112004002350T
Authority: DE
Inventors: Takeharu Yokohama Kuramochi; Masanori Yokohama Iwamoto; Masahiko Ayase Katsu; Kaoru Eguchi; Masahiro Yokohama Omata; Hideto Yokohama Kanafusa; Yoshiki Zama Muto
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2024-11-03
Also published as: US8771902B2; US8470498B2; US20110229802A1; KR100716011B1; CN101740789B; CN101740792B; DE112004002350B4; CN1890828B; KR20060093128A; WO2005055349A1; US7993798B2; US20070116999A1; US20110229801A1; CN1890828A; CN101740792A; CN101740789A

Abstract

Brennstoffzellen-Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle durch Implementieren einer vorbestimmten Verarbeitung an einer Polymer-Elektrolyt-Membran (1), umfassend:
einen Vorgang des Zuführens der Polymer-Elektrolyt-Membran (1), die um eine Spule (9) gewickelt ist, in einer Streifenform ausgebildet ist und Transportlöcher (10, 212) aufweist, die hintereinander in festen Abständen auf beiden Seitenbereichen davon in einer Längsrichtung ausgebildet sind, durch Drehen einer Transportwalze (32, 132, 211), die auf ihrem Außenumfang Vorsprünge (32A, 320) aufweist, die mit den Transportlöchern (10, 212) in Eingriff gelangen; und
einen Vorgang des Durchführens einer vorbestimmten Verarbeitung zu einem vorbestimmten Verarbeitungszeitpunkt, der auf der Grundlage einer Drehgeschwindigkeit der Transportwalze (32, 132) festgelegt wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft die Herstellung einer Brennstoffzelle.

Hintergrund der Erfindung

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 aufeinanderfolgenden Vorgängen zur Ausbildung einer Katalysatorschicht, einer Gasdiffusionsschicht und einer Separatoranbindung auf der sich bewegenden Polymer-Elektrolyt-Membran.

Zusammenfassung der Erfindung

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.

Es ist deshalb eine Aufgabe dieser Erfindung, die Zuführgenauigkeit zu erhöhen, mit der eine Polymer-Elektrolyt-Membran von einer Walze zugeführt wird, so dass die Polymer-Elektrolyt-Membran genau an der vorbestimmten Position angeordnet wird.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen Brennstoffzellenstapel effizient unter Verwendung einer Rolle aus Polymer-Elektrolyt-Membran herzustellen.

Um diese Ziele zu erreichen, sieht die Erfindung ein Brennstoffzellen-Herstellungsverfahren vor, 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 einer Streifenform ausgebildet ist und Transportlöcher aufweist, die hintereinander in festen Abständen auf beiden Seitenbereichen davon in einer Längsrichtung ausgebildet sind, durch Drehen einer Transportwalze, die auf ihrem Außenumfang Vorsprünge aufweist, die mit den Transportlöchern in Eingriff gelangen, und einen Vorgang des Durchführens einer vorbestimmten Verarbeitung zu einem vorbestimmten Verarbeitungszeitpunkt, der auf der Grundlage einer Drehgeschwindigkeit der Transportwalze festgelegt wird.

Diese Erfindung sieht außerdem eine Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung 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 einer Streifenform ausgebildet ist und Transportlöcher aufweist, die hintereinander in festen Abständen auf beiden Seitenbereichen davon in einer Längsrichtung ausgebildet sind, eine Transportwalze, die auf ihrem Außenumfang Vorsprünge aufweist, die mit den Transportlöchern in Eingriff gelangen, und eine Verarbeitungseinheit, welche eine vorbestimmte Verarbeitung an der Polymer-Elektrolyt-Membrandurchführt, die von der Spule durch Drehen der Transportwalze an einem vorbestimmten Verarbeitungszeitpunkt zugeführt wird, der auf der Grundlage einer Drehgeschwindigkeit der Transportwalze festgelegt wird.

Diese Erfindung sieht außerdem eine Polymer-Elektrolyt-Membran vor, 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 gelangen, die auf einer Transportwalze ausgebildet sind, wobei die Polymer-Elektrolyt-Membran von der Spule zugeführt wird, wenn sich die Transportwalze dreht.

Diese Erfindung sieht außerdem ein Herstellungsverfahren für eine Brennstoffzelle vor, 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.

Diese Erfindung sieht außerdem eine Herstellungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle vor, 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.

Die Einzelheiten dieser Erfindung sowie weitere Merkmale und Vorteile derselben sind in der nachfolgenden Beschreibung beschrieben und in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A und 1B sind eine schematische perspektivische Ansicht und eine vergrößerte Hauptansicht einer Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung gemäß dieser Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau einer Steuerung der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung darstellt.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Rolle einer Membranelektrodenanordnung (MEA) gemäß dieser Erfindung.
4 ist ähnlich zu 3, zeigt aber einen anderen Aufbau in Bezug auf eine Schutzfolie.
5A und 5B sind eine Draufsicht auf eine MEA-Zuführeinheit und eine Seitenansicht einer Transportwalze, die in der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung vorgesehen sind.
6 ist eine Seitenansicht eines Spulenhaltebereichs, betrachtet von der Richtung VI-VI in 5A.
7 ist eine Hauptdraufsicht auf eine Transporteinrichtung einer Gasdiffusionsschicht (GDL), die in der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung vorgesehen ist.
8 ist eine Seitenansicht der GDL-Transporteinrichtung und eines GDL-Zuführbereichs, betrachtet von der Richtung IIX-IIX der 7.
9 ist eine Seitenansicht eines GDL-Befestigungsbereichs der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung, betrachtet von einer Bewegungsrichtung der MEA.
10 ist eine Seitenansicht einer Heißpresse, die in der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung vorgesehen ist, betrachtet von der Bewegungsrichtung der MEA.
11 ist eine Hauptdraufsicht auf eine Separatortransporteinrichtung, die in der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung vorgesehen ist.
12 ist eine Seitenansicht der Separatortransporteinrichtung und eines Separatorzuführbereichs, betrachtet von der Richtung XII-XII in 11.
13 ist eine Seitenansicht eines Dichtmittel-Aufbringungsbereichs der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung.
14 ist eine Seitenansicht eines Separatorbefestigungsbereichs der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung, betrachtet von der Bewegungsrichtung der MEA.
15 ist eine schräge Schnittansicht eines Trockenofens, der in der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung vorgesehen ist.
16A bis 16C sind Seitenansichten und perspektivische Ansichten, welche die Hauptteile einer Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigen.
17A und 17B sind schematische Seitenansichten einer Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
18 ist eine perspektivische Ansicht einer Rolle einer Membranelektrodenanordnung (MEA) gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
19 ist ähnlich zu 18, zeigt aber eine MEA ohne eine Perforation.
20 ist eine Seitenansicht einer weiteren Laminiereinheit gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
21 ist eine Draufsicht auf eine Schichtstoff-Zuführeinheit gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
22 ist eine Längsschnittansicht eines Schichtstoffs gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
23 ist eine Längsschnittansicht eines weiteren Schichtstoffs gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
24 ist ein Flussdiagramm, das einen Brennstoffzellenstapel-Herstellungsvorgang darstellt, der von der Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung durchgeführt wird.
25 ist eine Seitenansicht der Laminiereinheit gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung in einem Zustand, wenn die Laminiereinheit eine Spannung auf die MEA aufbringt.
26 ist ähnlich zu 25, zeigt aber einen Zustand, in dem die Laminiereinheit einen zweiten Separator gegen die MEA presst.
27 ist ähnlich zu 25, zeigt aber einen Zustand, in dem die Laminiereinheit die MEA geschnitten hat.
28 ist ähnlich zu 25, zeigt aber einen Zustand, in dem die Laminiereinheit ein oberes Element zu einer erhöhten Position zurückgeführt hat.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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.
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.
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 dem Separator 7 mit einem hohen Grad an Genauigkeit übereinstimmen.
In diesem Ausführungsbeispiel 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 verwendet 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.
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.
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.
Zurückkommend auf 1A, umfasst die MEA-Transporteinheit 2 einen MEA-Zuführbereich 13, einen MEA-Spanner 14 und ein Paar von MEA-Förderwalzen 15.
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.
Bezug nehmend auf 5A und 5B umfasst die MEA-Zuführeinheit 13 einen Spulenhaltebereich 33, der die Rolle 30 der MEA 1 aufnimmt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 vorgesehen. 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.
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.
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.
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 Zylinder 50 veranlasst wird, sich in diesem Zustand auszudehnen, wird die GDL 6 gegen die MEA 1 gepresst. Wie in der Figur gezeigt, ver anlasst 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 Übereinstimmung 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 98 drehbar. Der teleskopische Zylinder 70 ist in einer aufrecht stehenden 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.
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 zusammen, so dass die beweglichen Führungen 71A erneut entlang der Palettenhalteführungen 71 angeordnet sind.
Drei Infrarotheizvorrichtungen 89A im fernem 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 fernem 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.
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.
Zurückkommend auf 12 ist der Separatorzuführbereich 21 ähnlich wie der GDL-Zuführbereich 17 aufgebaut. Genauer umfasst der Separatorzuführbereich 21 eine obenliegende Transfervorrichtung 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 53 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.
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.
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 vorbestimmten 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.
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.
Als Nächstes werden die Funktionen der Steuerung 5, welche die MEA-Transporteinheit 2, die GDL-Befestigungseinheit 3 und die Separatorbefestigungseinheit 4 steuert, beschrieben.
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 Palettenzuführbereichs 21, des Servomotors 65 der Separatortransporteinrichtung 20, des Dichtmittel-Auf bringungsbereichs 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.
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.
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.
Der Betätigungszeitpunkt-Einstellbereich 28 erzeugt ein Betätigungszeitpunktsignal für verschiedene Aktuatoren aus dem Re ferenzpositionssignal 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 Ge schwindigkeit 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.
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 ein zweites Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben.
In diesem Ausführungsbeispiel 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.
Die Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung 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 ersten Ausführungs beispiel 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 ersten Ausführungsbeispiel 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 auf dem Außenumfang der Transportwalze 132 ausgebildet.
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.
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 ersten Ausführungsbeispiel bringt die Dichtmittel-Aufbringungsdüse 78 das Dichtmittel an einer vorbestimmten Position, einschließlich des Außenumfangsbereichs, des Separators 7 auf.
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 auf dem Außenumfang einer 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 diesem Ausführungsbeispiel 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 drittes Ausführungsbeispiel beschrieben.
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.
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.
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.
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 synchron. 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.
Zurückkommend auf 17A ist die Laminiereinheit 201 zwischen dem einen Paar von Transportwalzen 211 und dem anderen Paar von Transportwalzen 211 angeordnet.
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.
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.
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.
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 vorbe stimmten 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.
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.
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.
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.
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.
In diesem Ausführungsbeispiel 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.
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.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 24 die Funktionsabfolge der Brennstoffzellenstapel-Herstellungsvorrichtung beschrieben.
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.
Als Nächstes, in einem Schritt S2, greift die Herstellungsvorrichtung den in 22 gezeigten Schichtstoff 210 unter Verwendung des Ansaugpolsters 206A am oberen Element 206.
Als Nächstes, in einem Schritt S3, veranlasst die Herstellungsvorrichtung die Transportwalzen 211, die MEA 1 von der Rolle 30 zur Laminiereinheit 201 zuzuführen.
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.
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.
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.
In einem folgenden Schritt S7 löst die Herstellungsvorrichtung den Schichtstoff 210 vom Ansaugpolster 208.
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.
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.
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 Schichtstoff, 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.
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.
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.
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.
In diesem Ausführungsbeispiel 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.
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.
Der Inhalt der Patentanmeldung 2003-402291, eingereicht in Japan am 2. Dezember 2003, und der Patentanmeldung 2003-422613, eingereicht in Japan am 19. Dezember 2003, wird hiermit durch Verweis aufgenommen.
Diese Erfindung wurde oben unter Verwendung mehrerer spezieller Ausführungsbeispiele beschrieben, aber die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt, welche verschiedenen Korrekturen und Modifikationen durch einen Fachmann auf dem Gebiet innerhalb des technischen Umfangs der Ansprüche unterworfen werden können.
Industrielles Anwendungsgebiet
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 Brennstoffzelle erwartet werden. Diese Erfindung bietet besonders vorteilhafte Wirkungen, wenn sie bei der Herstellung eines Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellenstapels verwendet wird.
Die Ausführungsbeispiele dieser Erfindung, für die ein exklusives Eigentum oder Vorrecht beansprucht wird, sind wie folgt definiert:
Zusammenfassung
Eine Brennstoffzelle wird unter Verwendung einer Polymer-Elektrolyt-Membran (1) hergestellt. Eine Katalysatorschicht (12) wird in festen Abständen auf der Oberfläche der Polymer-Elektrolyt-Membran (1) in Streifenform in der Längsrichtung davon ausgebildet, und Transportlöcher (10) sind hintereinander in festen Abständen auf den zwei Seitenbereichen davon ausgebildet. Durch Drehen einer Transportwalze (32), die auf ihrem Außenumfang Vorsprünge aufweist, die mit den Löchern (10) in Eingriff gelangen, wird die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) von einer Spule (9) zugeführt. Eine GDL (6) und ein Separator (7) werden an der zugeführten Polymer-Elektrolyt-Membran (1) zu einem vorbestimmten Verarbeitungszeitraum auf der Grundalge der Drehgeschwindigkeit der Transportwalze (32) angebracht, und somit wird die Brennstoffzelle effizient hergestellt, während die GDL (6) und der Separator (7) genau auf die Katalysatorschicht (12) geschichtet werden.

Claims

Brennstoffzellen-Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle durch Implementieren einer vorbestimmten Verarbeitung an einer Polymer-Elektrolyt-Membran (1), umfassend: einen Vorgang des Zuführens der Polymer-Elektrolyt-Membran (1), die um eine Spule (9) gewickelt ist, in einer Streifenform ausgebildet ist und Transportlöcher (10, 212) aufweist, die hintereinander in festen Abständen auf beiden Seitenbereichen davon in einer Längsrichtung ausgebildet sind, durch Drehen einer Transportwalze (32, 132, 211), die auf ihrem Außenumfang Vorsprünge (32A, 320) aufweist, die mit den Transportlöchern (10, 212) in Eingriff gelangen; und einen Vorgang des Durchführens einer vorbestimmten Verarbeitung zu einem vorbestimmten Verarbeitungszeitpunkt, der auf der Grundlage einer Drehgeschwindigkeit der Transportwalze (32, 132) festgelegt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) eine Katalysatorschicht (12), die im voraus auf einer Oberfläche davon in festen Abständen ausgebildet wird, und eine Positionierungsmarkierung (11), die in Übereinstimmung mit der Ausbildungsposition der Katalysatorschicht (12) ausgebildet ist, umfasst, und wobei das Herstellungsverfahren ferner einen Vorgang des Einstellens des vorbestimmten Verarbeitungszeitpunkts auf der Grundlage der Drehgeschwindigkeit der Transportwalze (32) und der Positionierungsmarkierung (11) umfasst.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: einen Vorgang des Verwendens eines Sensors (26), um eine Verlagerungsgeschwindigkeit der Transportlöcher (10) und einen Durchgang der Positionierungsmarkierung (11) an einem vorbestimmten Punkt, durch welchen die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) hindurchläuft, zu erfassen; und einen Vorgang des Bestimmens des vorbestimmten Verarbeitungszeitpunkts auf der Grundlage der Verlagerungsgeschwindigkeit der Transportlöcher (10) und einem Erfassungszeitpunkt der Positionierungsmarkierung (11).
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Vorgang des Verwendens eines Sensors (26), um eine Verlagerungsgeschwindigkeit der Transportlöcher (10) zu erfassen; und einen Vorgang des Steuerns der Drehgeschwindigkeit der Transportwalze (32), so dass die Verlagerungsgeschwindigkeit der Transportlöcher (10) einer vorbestimmten Ziel-Verlagerungsgeschwindigkeit entspricht.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die vorbestimmte Verarbeitung umfasst: einen Vorgang des Aufbringens einer Gasdiffusionsschicht (6) an der Katalysatorschicht (12); und eine Vorgang des Aufbringens eines Separators (7) an der Gasdiffusionsschicht (6), die an der Katalysatorschicht (12) anhaftet.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 5, wobei der Vorgang des Aufbringens einer Gasdiffusionsschicht (6) an der Katalysatorschicht (12) umfasst: einen Vorgang des Pressens der Gasdiffusionsschicht (6), die mit einer Polymer-Elektrolyt-Flüssigkeit beschichtet ist, gegen die Katalysatorschicht (12), um die Gasdiffusionsschicht (6) vorübergehend an der Katalysatorschicht (12) zu fixieren; und einen Vorgang des Aufbringens einer thermischen Kompression auf die Katalysatorschicht (12) und die Gasdiffusions schicht (6), damit die Gasdiffusionsschicht (6) an der Katalysatorschicht (12) anhaftet.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 5, wobei der Vorgang des Aufbringens des Separators (7) an der Gasdiffusionsschicht (6) umfasst: einen Vorgang des Beschichtens des Separators (7) mit einem Sperrmittel; einen Vorgang des Pressens des Separators (7), der mit dem Sperrmittel beschichtet ist, gegen die Gasdiffusionsschicht (6); und einen Vorgang, das Sperrmittel einer thermischen Trocknung zu unterziehen, während der Separator (7) gegen die Gasdiffusionsschicht (6) gepresst wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) im voraus mit einer Schutzfolie (8, 8A, 8B) bedeckt wird und das Herstellungsverfahren ferner einen Vorgang des Abziehens der Schutzfolie (8, 8A) von der Polymer-Elektrolyt-Membran (1) vor der vorbestimmten Verarbeitung umfasst.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Schutzfolie (8, 8A, 8B) aus einer ersten Bahn (8B), welche die zwei Seitenbereiche der Polymer-Elektrolyt-Membran (1) mit Ausnahme der Transportlöcher (10) bedeckt, und einer zweiten Bahn (8A), welche einen Mittelbereich der Polymer-Elektrolyt-Membran (1) bedeckt, besteht, und der Vorgang des Abziehens der Schutzfolie (8, 8A) einen Vorgang des Abziehens nur der zweiten Bahn (8A) umfasst, während die erste Bahn (8B) intakt gelassen wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) eine Katalysatorschicht (12) um fasst, die in festen Abständen im voraus ausgebildet wird, und die vorbestimmte Verarbeitung ferner umfasst: einen Vorgang des Zuführens zweier Folien (95), an welchen ein Separator (7) im voraus in identischen Abständen zur Katalysatorschicht angebracht wird, wobei jede Folie (95) im voraus mit Positionierungslöchern (10A) in identischen Abständen zu den Transportlöchern (10) in der Polymer-Elektrolyt-Membran (1) ausgebildet ist, durch Drehen eines Paars von Transportwalzen (132A), die auf ihrem Außenumfang Vorsprünge aufweisen, welche mit den Positionierungslöchern (10A) in Eingriff gelangen, und Fixieren des Separators (7) an der Katalysatorschicht (12) unter Verwendung eines Paars von Verbindungswalzen (133), während die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) zwischen den zwei Folien (95) eingelegt ist, wobei eine der Verbindungswalzen (133) Vorsprünge (320) aufweist, welche die Positionierungslöcher (10A) und die Transportlöcher (10) durchdringen.
Brennstoffzellen-Herstellungsvorrichtung zum Herstellen einer Brennstoffzelle durch Implementieren einer vorbestimmten Verarbeitung an einer Polymer-Elektrolyt-Membran (1), umfassend: eine Polymer-Elektrolyt-Membran (1), die um eine Spule (9) gewickelt ist, in einer Streifenform ausgebildet ist und Transportlöcher (10, 212) aufweist, die hintereinander in festen Abständen auf beiden Seitenbereichen davon in einer Längsrichtung ausgebildet sind; eine Transportwalze (32, 132, 211), die auf ihrem Außenumfang Vorsprünge (32A, 320) aufweist, die mit den Transportlöchern (10, 212) in Eingriff gelangen; und eine Verarbeitungseinheit (3, 4, 94, 133, 201), welche eine vorbestimmte Verarbeitung an der Polymer-Elektrolyt-Membran (1) durchführt, die von der Spule (9) durch Drehen der Transportwalze (32, 132, 211) an einem vorbestimmten Verarbeitungszeitpunkt zugeführt wird, der auf der Grundlage ei ner Drehgeschwindigkeit der Transportwalze (32, 132, 211) festgelegt wird.
Polymer-Elektrolyt-Membran (1), die um eine Spule (9) gewickelt ist und einer vorbestimmten Verarbeitung unterworfen wird, um eine Brennstoffzelle herzustellen, wobei die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) Transportlöcher (10, 212) umfasst, die hintereinander in festen Abständen auf beiden Seitenbereichen davon in einer Längsrichtung ausgebildet sind, wobei die Transportlöcher (10, 212) mit Vorsprüngen (32A, 320) in Eingriff gelangen, die auf einer Transportwalze (32, 132, 211) ausgebildet sind, wobei die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) von der Spule (9) zugeführt wird, wenn sich die Transportwalze (32, 132, 211) dreht.
Polymer-Elektrolyt-Membran (1) nach Anspruch 12, wobei die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) ferner umfasst: eine Katalysatorschicht (12), die in festen Abständen auf ihrer Oberfläche ausgebildet ist; und eine Positionierungsmarkierung (11), die von einem Sensor (26) gelesen werden kann, welche eine Ausbildungsposition der Katalysatorschicht (12) anzeigt.
Polymer-Elektrolyt-Membran (1) nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) mit einer Schutzfolie (8, 8A, 8B) bedeckt ist, die vor der vorbestimmten Verarbeitung abgezogen wird.
Polymer-Elektrolyt-Membran (1) nach Anspruch 14, wobei die Schutzfolie (8, 8A, 8B) eine erste Schutzbahn (8B), welche die zwei Seitenbereiche der Polymer-Elektrolyt-Membran (1) mit Ausnahme der Transportlöcher (10) bedeckt, und eine zweite Schutzbahn (8A), welche einen Mittelbereich, der zwischen den zwei Seitenbereichen liegt, bedeckt, umfasst.
Herstellungsverfahren für eine Brennstoffzelle, die durch abwechselndes Schichten einer Polymer-Elektrolyt-Membran (1) und eines Separators (220) gebildet wird, umfassend: einen ersten Vorgang des Zuführens einer Polymer-Elektrolyt-Membran (1) in Folienform von einer Seite eines ersten Separators (220), der an einer vorbestimmten Position gehalten wird, zu einer Position, die dem ersten Separator (220) parallel zum ersten Separator (220) zugewandt ist; einen zweiten Vorgang des Zuführens eines zweiten Separators (220) zu einer gegenüberliegenden Seite der Polymer-Elektrolyt-Schicht (1), welche dem ersten Separator (220) zugewandt ist, zum ersten Separator (220); und einen dritten Vorgang des Verschiebens des zweiten Separators (220) in Richtung zum ersten Separator (220), so dass die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) zwischen dem ersten Separator (220) und dem zweiten Separator (220) eingelegt ist, während sie in eine vorbestimmte Form und Abmessung geschnitten wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend einen vierten Vorgang des Aufbringens einer Spannung auf die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) durch Pressen des ersten Separators (220) gegen die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) vor der Verschiebung des zweiten Separators (220).
Herstellungsverfahren nach Anspruch 16, wobei die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) Transportlöcher (212) umfasst, welche hintereinander in festen Abständen auf beiden Seitenbereichen davon in einer Längsrichtung ausgebildet sind, und der erste Vorgang einen Vorgang des Zuführens der Polymer-Elektrolyt-Membran (1) zu der Position, die dem ersten Separator (220) zugewandt ist, umfasst, unter Verwendung einer Transportwalze (211), welche auf ihrem Außenumfang Vorsprünge (320) umfasst, die mit den Löchern (212) in Eingriff gelangen.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei eine Perforation (213) mit Einschnitten, die einen ausgeschnittenen Teil definieren, im voraus auf der Polymer-Elektrolyt-Membran (1) in vorbestimmten Abständen ausgebildet ist, und der dritte Vorgang einen Vorgang des Ausschneidens des ausgeschnittenen Teils durch Pressen der Perforation (213) mit dem zweiten Separator (220) umfasst.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der dritte Vorgang einen Vorgang des Schneidens der Polymer-Elektrolyt-Membran (1) in eine vorbestimmte Form und Abmessung unter Verwendung einer Schneidevorrichtung (215) umfasst, die sich in einer identischen Richtung zum zweiten Separator (220) verschiebt.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, ferner umfassend einen vierten Vorgang des Stapelns einer Brennstoffzelle, die im dritten Vorgang hergestellt wurde und die den ersten Separator (220), die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) und den zweiten Separator (220) innerhalb eines Halterahmens (218) umfasst.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 21, wobei der Halterahmen (218) aus einem Führungselement (218) besteht, welches eine Verschiebung der Brennstoffzelle nur in einer identischen Richtung zur Verschiebung des zweiten Separators (220) ermöglicht.
Herstellungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle, die durch abwechselndes Schichten einer Polymer-Elektrolyt-Membran (1) und eines Separators (220) gebildet wird, umfassend: eine Polymer-Elektrolyt-Membran-Transporteinheit (202), welche eine Polymer-Elektrolyt-Membran (1) in Folienform von einer Seite eines ersten Separators (220), der in einer vorbestimmten Position gehalten wird, zu einer vorbestimmten Position, welche dem ersten Separator (220) parallel zum ersten Separator (220) zugewandt ist, zuführt; eine Separatorzuführeinheit (203), welche einen zweiten Separator (220) zu einer entgegengesetzten Seite der Polymer-Elektrolyt-Membran (1), die in der vorbestimmten Position angeordnet ist, zum ersten Separator (220) zuführt; und eine Laminiereinheit (201), welche den zweiten Separator (220) in Richtung zum ersten Separator (220) verschiebt, so dass die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) zwischen dem ersten Separator (220) und dem zweiten Separator (220) eingelegt ist, während sie in eine vorbestimmte Form und Abmessung geschnitten wird.
Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) Transportlöcher (212) umfasst, die hintereinander in festen Abständen auf beiden Seiten davon in einer Längsrichtung ausgebildet sind, und die Polymer-Elektrolyt-Membran-Transporteinheit (202) eine Transportwalze (211) umfasst, die an ihrem Außenumfang Vorsprünge (320) umfasst, die mit den Löchern (212) in Eingriff gelangen, um die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) zur vorbestimmten Position zuzuführen.
Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Laminiereinheit (201) ein Element (207) umfasst, welches eine Spannung der Polymer-Elektrolyt-Membran (1) erhöht, indem die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) in der vorbestimmten Position über den ersten Separator (220) gepresst wird.
Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 24 oder Anspruch 25, wobei eine Perforation (213) mit Einschnitten, die einen ausgeschnittenen Teil definieren, um voraus auf der Polymer-Elektrolyt-Membran (1) in vorbestimmten Abständen ausgebildet ist, und die Transportwalze (211) aufgebaut ist, um die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) zur vorbestimmten Position in Längen, welche den Abständen entsprechen, zu transportieren.
Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 24 oder Anspruch 25, wobei die Laminiereinheit (201) eine Schneidevorrichtung (215) umfasst, welche die Polymer-Elektrolyt-Membran (1) durch Verschieben in eine identische Richtung zum zweiten Separator (220) in eine vorbestimmte Form und Abmessung schneidet.
Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 24 oder Anspruch 25, wobei die Laminiereinheit (201) aufgebaut ist, um den zweiten Separator (220) in Richtung zum ersten Separator (220) durch die vorbestimmte Position zu verschieben.
Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Laminiereinheit (201) einen Halterahmen (218) umfasst, in dem eine Brennstoffzelle, gebildet durch die Polymer-Elektrolyt-Membran (1), die zwischen dem ersten Separator (220) und dem zweiten Separator (220) eingelegt ist, bis zu einer vorbestimmten Anzahl gestapelt ist.
Herstellungsvorrichtung nach Anspruch 23, wobei der erste Separator (220) und der zweite Separator (220) eine Gasdiffusionsschicht (221A, 221B) umfassen, welche der Polymer-Elektrolyt-Membran (1) zugewandt ist.