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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein wasserstoffdurchlässiges Substrat zum Extrahieren
von Wasserstoff aus Wasserstoff enthaltenden Gasen, die Wasserstoff
enthalten.
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Stand der
Technik
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In
vergangenen Jahren haben Brennstoffzellen als Energiequelle Aufmerksamkeit
erregt, die mittels einer elektrochemischen Reaktion von Wasserstoff
und Luft Elektrizität
erzeugen. Eine Brennstoffzelle erzeugt mittels einer elektrochemischen
Reaktion aus Wasserstoff und Luft eine elektromotorische Kraft.
Zu einer Brennstoffzelle zuzuführender
Wasserstoff wird z.B. durch Verwendung einer Wasserstofftrenneinheit
zum Trennen von Wasserstoff aus reformierten Gasen erhalten, die
durch das Reformieren eines Rohstoffs aus Kohlenwasserstoff erhalten
werden.
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Bekannte
Wasserstofftrenneinheiten sind z.B. Geräte, die ein wasserstoffdurchlässiges Metall einsetzen,
das die Qualität
aufweist, Wasserstoff ausgewählt
durchtreten zu lassen, wie z.B. Palladium oder eine Palladiumlegierung.
Wenn reformierte Gase zu einer ersten Seite des Wasserstoff trennenden
Metalls zugeführt
werden, wird mit solch einem Gerät
auf der anderen Seite Wasserstoff extrahiert. Bekannte Wasserstofftrenneinheiten
werden z.B. dadurch hergestellt, dass anfangs ein wasserstoffdurchlässiger Träger hergestellt
wird, der aus einer Palladiumbeschichtung auf Vanadium (das ebenfalls ein
Wasserstoff trennendes Metall ist ausgebildet ist, und danach Stapeln
verschiedene Teile wie z.B. Strömungskanalplatten
und ein oberes Paneel auf dem wasserstoffdurchlässiges Substrat gestapelt werden und
diese mittels Diffusionsbonden, Laserbonden oder anderen Fügevorgängen gefügt werden.
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Offenbarung
der Erfindung
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Ein
Nachteil des Stands der Technik ist jedoch, dass ein Verziehen des
wasserstoffdurchlässigen
Trägers
wegen Auswirkungen von während
des Bondens erzeugter Wärme
verursachen kann, dass sich die Zusammensetzung des wasserstoffdurchlässigen Metalls ändert, so
dass die Trennfähigkeit
sich verschlechtert. Ein zusätzliches
Problem ist, dass neben dem wasserstoffdurchlässigen Substrat selbst die
Strömungskanalplatten
und ähnliches
durch Wärme
verformt werden können,
was in einer verschlechterten Zusammenbauleistung resultiert.
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Unter
Betrachtung des Vorangehenden ist es eine Aufgabe der Erfindung,
ein Verfahren zum Herstellen eines wasserstoffdurchlässigen Substrats
bei niedriger Temperatur bereit zu stellen.
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Um
solche Probleme zumindest teilweise zu lösen, weist die Erfindung folgende
Zusammensetzung auf. Insbesondere besteht sie in einem Verfahren
zum Herstellen eines wasserstoffdurchlässigen Substrats mit: Ausbilden
eines Durchgangslochs in einem ersten Substrat; Ausbilden eines
kombinierten Teils durch das Einbetten eines wasserstoffdurchlässigen Metalls
in das Durchgangsloch; Fügen
des kombinierten Teils mit einem zweiten Substrat mittels einem
Einhüllungsvorgang.
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Gemäß dem Verfahren
zum Herstellen einer Wasserstofftrennung der Erfindung können wasserstoffdurchlässige Substrate
bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck hergestellt werden,
so dass ein Verzug wegen Wärme
unterdrückt
ist. Entsprechend kann eine Änderung
der Zusammensetzung des wasserstoffdurchlässigen Metalls unterdrückt werden,
und ein Abfall der Fähigkeiten
verringert werden.
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Zusätzlich kann
eine Verformung des wasserstoffdurchlässigen Metalls und des mit
dem wasserstoffdurchlässigen
Metall gefügten
Substrats verhindert werden, so dass eine verringerte Zusammenbauleistung
unterdrückt
werden kann. Durch das Einsetzen der Zusammensetzung der Erfindung
können während der
Herstellung wasserstoffdurchlässige Substrate
hergestellt werden, während
das Wasserstoff trennende Metall verstärkt ist.
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Diese
und andere Aufgaben, Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
mit den anhängenden
Zeichnungen deutlicher werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Explosionsansicht, die die allgemeine Anordnung
des wasserstoffdurchlässigen
Substrats in ausgeführter
Form gezeigt.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht, die das wasserstoffdurchlässige Substrat
in ausgeführter Form
zeigt.
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3 ist
eine Schnittansicht des Wasserstofftrennteils in der Ausführungsform.
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4 ist
ein Prozessdiagramm, das das Verfahren zum Herstellen des wasserstoffdurchlässigen Substrats
in ausgeführter
Form zeigt.
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5A, 5B und 5C sind
Ansichten, die ein Rahmenformat der Darstellung des Vorgangs der
Bestrahlung mit Argonionen in ausgeführter Form zeigt.
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6 ist
eine Ansicht, die das Fügen
mittels dem Einhüllungsvorgang
in ausgeführter
Form zeigt.
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7 ist
eine Schnittansicht einer Anordnung des wasserstoffdurchlässigen Substrats
in einer unterschiedlichen Ausführungsform.
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8A ist
eine Ansicht, die die Anordnung eines wasserstoffdurchlässigen Substrats
in einer unterschiedlichen Ausführungsform
zeigt.
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8B ist
eine Schnittansicht einer Anordnung des wasserstoffdurchlässigen Substrats
in einer unterschiedlichen Ausführungsform.
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9A ist
eine Ansicht einer vereinfachten Anordnung einer Brennstoffzelle
in einer unterschiedlichen Ausführungsform.
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9B ist
eine Ansicht der Anordnung einer rostfreien Stahlplatte 200 in
einer unterschiedlichen Ausführungsform.
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Beste Art zum Ausführen der
Erfindung
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Die
Art zum Ausführen
der Erfindung wird im Folgenden auf Basis einer bestimmten bevorzugten Ausführungsform
beschrieben.
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A. Ausführungsform
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A1. Allgemeine Anordnung
des wasserstoffdurchlässigen
Substrats:
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1 ist
eine perspektivische Explosionsansicht, die die allgemeine Anordnung
des wasserstoffdurchlässigen
Substrats in der Ausführungsform
darstellt. Das wasserstoffdurchlässige
Substrat 20 der Ausführungsform
ist aus einer Kupferplatte 100, einer rostfreien Stahlplatte 200,
einem isolierendem Teil 300, und einem wasserstoffdurchlässigen Metall 10 zusammengesetzt.
In der Zeichnung ist ebenfalls eine Schnittansicht des wasserstoffdurchlässigen Metalls 10 entlang
einer Linie A-A gezeigt.
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Das
wasserstoffdurchlässige
Metall 10 besteht aus einer Vanadiumschicht 12,
deren Oberflächen
mit einer Palladiumschicht 11 beschichtet sind. Anstelle
von Vanadium kann die Vanadiumschicht 12 aus Niob, Tantal
oder anderen Metallen der Gruppe V oder Metalllegierungen der Gruppe
V zusammengesetzt sein. Anstelle von Palladium kann die Palladiumschicht 11 mit
einer Palladiumlegierung oder einem anderen Metall mit Wasserstoffdurchlässigkeit beschichtet
sein. Die Palladiumbeschichtung kann mittels chemischer Dampfablagerung
(CVD), physikalischer Dampfablagerung (PVD) oder Ähnlichem ausgebildet
sein.
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Typischerweise
weisen die Metalle der Gruppe V und den Metalllegierungen der Gruppe
V eine viel höhere
ausgewählte
Durchlässigkeit
für Wasserstoff
auf, aber da die Metalle der Gruppe V und die Metalllegierungen
der Gruppe V schnell oxidieren, weisen die Metalle der Gruppe V
und die Metalllegierungen der Gruppe V die Charakteristik auf, eine Wasserstoffdurchlässigkeit
wegen der Ausbildung eines Oxidfilms zu verlieren. In dieser Ausführungsform
ist es durch das Beschichten der Oberflächen der Vandadiumschicht 12 mit
einer Palladiumschicht 11 möglich, eine Ausbildung eines
Oxidfilms zu verhindern, während
eine hohe Wasserstoffdurchlässigkeit
sichergestellt ist.
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Die
Kupferplatte 100 weist in sich 6 Durchgangslöcher 110 auf,
die in gleicher Form wie das wasserstoffdurchlässige Metall 10 ausgebildet
sind. Die rostfreie Stahlplatte 200 weist eine Vielzahl
von Löchern 210 auf,
die bei Stellen entsprechend denen der Durchgangslöcher 110 ausgebildet
sind, wenn sie über
die Kupferplatte 100 überlagert
ist.
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Das
isolierende Teil 300 weist Durchgangslöcher 310 von der gleichen
Form wie die Durchgangslöcher 110 auf,
die bei Stellen entsprechend denen der Durchgangslöcher 110 ausgebildet
sind, wenn das isolierende Teil 300 über die Kupferplatte 100 überlagert
ist. Ebenfalls aus der Zeichnung ersichtlich ist eine Schnittansicht
des isolierenden Teils 300 entlang der Linie B-B. Das isolierende
Teil 300 weist eine Metallschicht 301 auf, die
auf beiden Seiten eines isolierenden Materials 302 vorgesehen
ist. Das isolierende Material 302 ist aus Harz oder Keramik zusammengesetzt,
die isolierende Eigenschaften aufweisen. Die Metallschichten 301 sind
aus Nickel zusammengesetzt. In der Ausführungsform ist das isolierende
Teil 300 als eine bestimmte Dicke aufweisend dargestellt,
tatsächlich
ist das isolierende Teil 300 jedoch ausgesprochen dünn.
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Das
wasserstoffdurchlässige
Substrat 20 wird ausgebildet, indem das isolierende Teil 300 zwischen
die rostfreie Stahlplatte 200 und das kombinierte Teil
angeordnet wird, das aus dem wasserstoffdurchlässigen Metall 10 zusammengesetzt
ist, das in die Durchgangslöcher 110 der
Kupferplatte 100 eingebettet ist, die Teile gestapelt und
mittels einem Einhüllungsvorgang
zusammengefügt
werden.
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Der
Einhüllungsvorgang
ist ein Verfahren dünne
Platten eines unterschiedlichen Materials durch Überlagern und Drücken von
diesen zu Fügen. In
der Ausführungsform
sind jene Flächen
der Kupferplatte 100, der rostfreien Stahlplatte 200 und
des isolierenden Teils 300, die zu anderen Teilen zu fügen sind,
mit Argonionen bestrahlt, um jeglichen Oxidfilm auf den Füge-Flächen abzuschälen und
die Flächen zu
aktivieren, und die Flächen
werden dann durch Drücken
unter Einsatz eines Einhüllungsvorgangs gefügt. Da das
isolierende Teil 300 nicht aus Metall ist, können zwei
Flächen
des isolierenden Teils 300 mit Metallschichten 301 aus
Nickel oder ähnlichem bereitgestellt
werden, und die Metallschichten 301 mit Argonionen bestrahlt
werden, um die Füge-Flächen zu
aktivieren. Der Vorgang der Argonionenbestrahlung zur Aktivierung
der Füge-Flächen wird
unter einem Vakuum ausgeführt.
Durch das Implementieren des Einhüllungsvorgangs auf diese Weise, kann
das Fügen
bei niedriger Temperatur und bei niedrigem Druck ausgeführt werden.
Zusätzlich
kann durch das Ausführen
eines Oberflächenaktivierungsvorgangs
der Füge-Flächen mittels
der Bestrahlung mit Argonionen ein Fügen ausgeführt werden, ohne eine Legierungsschicht
herzustellen. Ein wasserstoffdurchlässiges Substrat 20,
das auf diese Weise gefügt
ist, ist in 2 abgebildet.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein wasserstoffdurchlässiges Substrat 20 der
Ausführungsform darstellt.
Das wasserstoffdurchlässige Substrat 20 ist
durch Fügen
mittels einem Einhüllungsvorgang
des wasserstoffdurchlässigen
Metalls 10, der Kupferplatte 100, der rostfreien
Stahlplatte 200 und des isolierenden Teils 300 ausgebildet.
In der Ausführungsform
ist das wasserstoffdurchlässige Substrat 20 so
ausgebildet, dass es 6 wasserstoffdurchlässige Metalle 10 aufweist.
Das wasserstoffdurchlässige
Substrat 20 wird entlang Linien 120 so geschnitten,
dass jeder Abschnitt ein wasserstoffdurchlässiges Metall 10 enthält, um Wasserstofftrennteile 30 auszubilden.
In 3 ist ein Wasserstofftrennteil 30 im
Querschnitt entlang der Linie B-B dargestellt.
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3 ist
eine Schnittansicht eines Wasserstofftrennteils 30 in der
Ausführungsform.
In dem Wasserstofftrennteil 30 ist die Kupferplatte 100 mit dem
isolierenden Teil 300 gefügt, und das isolierende Teil 300 wird
mit der rostfreien Stahlplatte 200 gefügt. Das Wasserstofftrennteil 30 ist
mittels Einbetten des wasserstoffdurchlässigen Metalls 10 in
das Durchgangsloch 110 in der Kupferplatte 100 und
das Durchgangsloch 120 in dem isolierenden Teil 300, und
danach Fügen
von diesen zu der rostfreien Stahlplatte 200 ausgebildet.
Eine Vielzahl von Löchern 210 sind
bei Stellen entsprechend dem Durchgangsloch 110 ausgebildet,
um eine gleichmäßige Zufuhr
von Wasserstoff enthaltendem Gas bereitzustellen. Als Wasserstoff
enthaltendes Gas können
z. B. wasserstoffreiche reformierte Gase verwendet werden, die durch
das Reformieren von Kohlenwasserstofftreibstoffen verschiedener
Arten wie z. B. Benzin, Methan oder Erdgas erzeugt werden. Das wasserstoffdurchlässige Substrat 30 wird
mit den Wasserstoff enthaltenden Gasen über die Löcher 210 versorgt,
das wasserstoffdurchlässige
Substrat 30 trennt den Wasserstoff wegen der Charakteristiken
des wasserstoffdurchlässigen
Metalls 10.
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A2. Herstellungsverfahren
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4 ist
ein Prozessdiagramm, das das Verfahren zum Herstellen des wasserstoffdurchlässigen Substrats 30 in
der Ausführungsform
darstellt. In der Kupferplatte 100 (Schritt S10) sind Durchgangslöcher 110 ausgebildet.
Ein wasserstoffdurchlässiges Metall 10 ist
in die Durchgangslöcher 110 eingebettet,
um ein kombiniertes Teil auszubilden (Schritt S11).
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Durchgangslöcher 310 sind
in dem isolierenden Teil 300 (Schritt S12) ausgebildet,
und eine Vielzahl von Löchern 210 sind
in der rostfreien Stahlplatte 200 bei Stellen ausgebildet,
die den Durchgangslöchern 110 entsprechen
(Schritt S13).
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Wo
das isolierende Teil 300 zwischen der Kupferplatte 100 und
der rostfreien Stahlplatte 200 angeordnet ist, sind deren
Füge-Flächen zum
Fügen mit
den anderen Teilen einer Bestrahlung Argonionen ausgesetzt, um den
Oxidfilm von den Oberflächen
zu entfernen (Schritt S14). Der Prozess ist in dem Musteransichten
in 5 dargestellt.
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5A, 5B und 5C sind
Ansichten, die ein Rahmenformat der Darstellung des Vorgangs der
Bestrahlung mit Argonionen in der Ausführungsform zeigen. 5A ist
eine beispielhafte Darstellung der Bestrahlung der Kupferplatte 100 mit
Argonionen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, wird die Füge-Fläche der
Kupferplatte 100 zum Fügen
zu dem isolierenden Teil 300 mittels einer Bestrahlungsmaschine 400 mit
Argonionen 410 bestrahl. Ähnlich ist 5B eine
beispielhafte Darstellung der Bestrahlung des isolierenden Teils 300 mit
Argonionen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind die Füge-Flächen zum
Fügen der
Kupferplatte 100 und der rostfreien Stahlplatte 200 d.
h. die Nickelmetallschichten des isolierenden Teils 300 mit
Argonionen 410 mittels der Bestrahlungsmaschine 400 bestrahlt. 5C ist
eine beispielhafte Darstellung der Bestrahlung der rostfreien Stahlplatte 200 mit
Argonionen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, wird die Füge-Fläche der
rostfreien Stahlplatte 200 zum Fügen des isolierenden Teils 300 mittels
der Bestrahlungsmaschine 400 mit Argonionen 410 bestrahlt.
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Die
Kupferplatte 100, die rostfreie Stahlplatte 200 und
das isolierende Teil 300 werden mit den Argonionen bestrahlt,
und diese werden gestapelt und mittels einem Einhüllungsvorgang
gefügt
(Schritt S15). Der Vorgang ist in Musteransichten in 6 dargestellt.
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6 ist
eine Ansicht, die das Fügen
mittels dem Einhüllungsvorgang
der Ausführungsform
darstellt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, werden die Kupferplatte 100,
das isolierende Teil 300 und die rostfreie Stahlplatte 200 gestapelt
und gedrückt,
indem sie zwischen einem Paar Rollen 500 durchgeführt werden.
Die Rollen 500 drehen in die durch den Pfeil X bezeichnete
Richtung, und das wasserstoffdurchlässige Substrat 30 bewegt
sich in die durch den Pfeil Y bezeichnete Richtung. Wenn die zu
fügenden
Flächen,
die mittels Argonionen aktiviert wurden, mittels Drücken gefügt werden,
tritt unter den unterschiedlichen Metallen nicht sofort eine Diffusion auf,
da das Fügen
bei niedriger Temperatur ausgeführt
werden kann, und so kann das Fügen
ausgeführt
werden, ohne dass eine Ausbildung von Legierungen wegen des Bondens
des Metalls entsteht. Entsprechend entsteht ein zusätzlicher Vorteil,
dass ein Abfallen der Wasserstoffdurchlässigkeit unterdrückt werden
kann.
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Das
wasserstoffdurchlässige
Substrat 20, das mittels dem Einhüllungsvorgang gefügt wurde, wird
entlang von Schnittlinien 120 geschnitten, so dass eine
Vielzahl von wasserstoffdurchlässigem Metall 10 einzeln
getrennt wird (Schritt S16). Mittels dem obigen Vorgang werden wasserstoffdurchlässige Substrate 30 hergestellt.
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Gemäß dem Herstellungsverfahren
für wasserstoffdurchlässige Substrate 30 der
obigen Ausführungsform
kann mittels einer Herstellung eines in einer Kupferplatte Durchgangslöcher aufweisenden Rahmens,
Einbetten von wasserstoffdurchlässigem Metall
in dem Rahmen zum Erzeugen eines kombinierten Teils, und Überlagern
dieses kombinierten Teils auf einer rostfreien Stahlplatte das wasserstoffdurchlässige Substrat
unter Einsatz eines Einhüllungsvorgangs
hergestellt werden. Das wasserstoffdurchlässige Substrat kann bei niedriger
Temperatur und niedrigem Druck hergestellt werden und ein Verziehen
des wasserstoffdurchlässigen
Substrats wegen Wärme
kann unterdrückt
werden. Entsprechend kann eine Änderung
der Zusammensetzung des wasserstoffdurchlässigen Metalls wegen Verzugs
unterdrückt
werden, und ein Abfallen der Fähigkeiten des
wasserstoffdurchlässigen
Substrats ist verringert. Außerdem
kann eine Verformung des wasserstoffdurchlässigen Metalls und des Substrats
verhindert werden, das mit dem wasserstoffdurchlässigen Metall gefügt ist,
so dass eine verschlechterte Zusammenbaufähigkeit beschränkt werden
kann. Außerdem
kann durch das Ausführen
eines Oberflächenaktivierungsvorgangs
der zu fügenden
Flächen mittels
Bestrahlung mit Argonionen zum Entfernen des Oxidfilms ein Fügen ausgeführt werden,
ohne eine Legierungsschicht in den gefügten Regionen zu erzeugen,
so dass ein Abfallen der Wasserstoffdurchlässigkeit unterdrückt werden
kann.
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Gemäß der Ausführungsform
kann eine Vielzahl von wasserstoffdurchlässigen Substraten mit einem
einzelnen Drückvorgang
hergestellt werden, so dass ein Herstellungswirkungsgrad verbessert
werden kann.
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Ebenfalls
kann gemäß der Ausführungsform durch
das Anordnen eines isolierenden Teils zwischen der Kupferplatte
und der rostfreien Stahlplatte eine elektrische Leitfähigkeit
zwischen der Kupferplatte und der rostfreien Stahlplatte ausgeschlossen werden.
Entsprechend kann das wasserstoffdurchlässige Substrat auf der Anodenseite
einer Brennstoffzelle als Elektrode verwendet werden.
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Zusätzlich können gemäß der Ausführungsform
die Herstellungskosten verbessert werden, da wasserstoffdurchlässiges Metall
nur in den Bereichen vorgesehen sein kann, in denen die Wasserstofftrennreaktion
stattzufinden hat.
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B. Unterschiedliche Ausführungsform
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Während die
Erfindung bis hier mit einer bestimmten bevorzugten Ausführungsform
beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die Ausführungsform
beschränkt,
da verschiedene alternative Anordnungen möglich sind, ohne von dem Bereich
der Erfindung abzuweichen. Die folgenden Anordnungen sind z.B. möglich.
- (1) In der obigen Ausführungsform ist ein isolierendes
Teil 300 zwischen der Kupferplatte 100 und der
rostfreien Stahlplatte 200 angeordnet, aber dort wo z.B.
das wasserstoffdurchlässige Substrat
der Erfindung in einer Wasserstofftrenneinheit zu verwenden ist,
muss ein isolierendes Teil 300 nicht unbedingt angeordnet
sein.
- (2) In der obigen Ausführungsform
ist eine Vielzahl von Löchern 210 in
der rostfreien Stahlplatte 200 angeordnet, aber die Anordnung
ist nicht darauf beschränkt.
Vorausgesetzt, dass das Bauteil, das zu der rostfreien Stahlplatte 200 äquivalent ist,
ein wasserstoffdurchlässiges
Bauteil ist, besteht keine Notwendigkeit, ein Loch auszubilden. Wenn
jedoch ein Bauteil nicht wasserstoffdurchlässig ist, ist es bevorzugt,
ein Loch auszubilden, da das Bauteil eine gleichmäßige Zufuhr
von Wasserstoff enthaltenden Gasen zu dem wasserstoffdurchlässigen Metall 10 bereitstellt.
- (3) 7 ist eine Schnittansicht einer
Anordnung eines wasserstoffdurchlässigen Substrats 40 in einer
unterschiedlichen Ausführungsform.
Das wasserstoffdurchlässige
Substrat 40 umfasst wasserstoffdurchlässiges Metall 10,
eine Kupferplatte 100 und eine rostfreie Stahlplatte 200,
die mittels dem in der obigen Ausführungsform beschriebenen Einhüllungsprozess
gefügt
sind und ist mit einem isolierenden Beschichtungsmaterial 600 auf
Oberflächen
des wasserstoffdurchlässigen
Substrats 40 beschichtet. Das Beschichtungsmaterial 600 kann
z.B. organischer Silikongummi; eine Glasbeschichtung sein. Es ist
lediglich notwendig, dass das Material isoliert.
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Die
Zeit zum Beschichten des Beschichtungsmaterials 600 kann
z.B. nach Schritt S15 oder nach dem Schneiden in Schritt S16 in 4 sein.
Alternativ können
die Kupferplatte 100 und die rostfreie Stahlplatte 200 das
Beschichtungsmaterial 600 davor auf sich beschichtet bekommen.
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Durch
das Aufnehmen von solch einer Anordnung kann eine Gasdichtheit während des
Stapelns des wasserstoffdurchlässigen
Substrats 40 und während
des Fügens
mit anderen Substraten verbessert werden. Durch das Beschichten
von eine isolierende Funktion aufweisendem Beschichtungsmaterial
auf die Oberflächen
des wasserstoffdurchlässigen Substrats 40,
kann das Substrat als Elektrode auf der Anodenseite einer Brennstoffzelle
verwendet werden.
- (4) 8A ist
ein Diagramm, das die Anordnung eines wasserstoffdurchlässigen Substrats 50 in einer
unterschiedlichen Ausführungsform
darstellt. 8A zeigt das wasserstoffdurchlässige Substrat 50 in
einer Draufsicht von der Seite der Kupferplatte 100. Ein
Wulst 700 ist um den Umfang des wasserstoffdurchlässigen Metalls 10 in dem
wasserstoffdurchlässigen
Substrat 50 ausgebildet. Eine Schnittansicht entlang der
Linie C-C ist aus 8B ersichtlich.
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8B ist
eine Schnittansicht des wasserstoffdurchlässigen Substrats 50,
die entlang der Linie C-C geschnitten ist. Das wasserstoffdurchlässige Substrat 50 umfasst
ein isolierendes Teil 300, das zwischen einer rostfreien
Stahlplatte 200 angeordnet ist und ein kombiniertes Teil
einer Kupferplatte 100, das in sich eingebettet ein wasserstoffdurchlässiges Metall 10 aufweist
und die mittels dem Einhüllungsvorgang
gefügt
sind, der in der obigen Ausführungsform
beschrieben ist.
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Wie
durch die gestrichelten Kreise in der Zeichnung bezeichnet ist,
ist ein konvexer Wulst 700 auf dem wasserstoffdurchlässigen Substrat 50 ausgebildet.
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Durch
das Aufnehmen von solch einer Anordnung kann die Gasdichte während des
Stapelns des wasserstoffdurchlässigen
Substrats 50 und während
des Fügens
mit anderen Substraten verbessert werden. Durch das Vorsehen eines
eine isolierende Funktion aufweisenden Beschichtungsmaterials zwischen
der Kupferplatte 100 und der rostfreien Stahlplatte 200 kann
das Substrat als Elektrode auf der Anodenseite einer Brennstoffzelle
verwendet werden.
- (5) 9A ist
eine Ansicht einer vereinfachten Anordnung einer Brennstoffzelle 60 in
einer unterschiedlichen Ausführungsform.
Die Brennstoffzelle 60 ist mit Luft und Wasserstoff enthaltendem Gas
versorgt und erzeugt Elektrizität.
Die Brennstoffzelle 60 weist eine Anode 70, eine
Kathode 80 und ein Protonen leitendes Elektrolyt 900 auf, das
zwischen der Anode 70 und der Kathode 80 angeordnet
ist.
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Die
Kathode 80 weist eine poröse Elektrode 820 auf,
die angrenzend an das Elektrolyt 900 angeordnet ist, und
einen Separator 800. Wie aus der Zeichnung ersichtlich
ist, ist eine Vielzahl von Nuten in dem Separator 800 als
Strömungskanäle 810 zum Zuführen von
Luft zu der Seite der Elektrode 820 ausgebildet.
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Die
Anode 70 weist eine Kupferplatte 100, eine rostfreie
Stahlplatte 200 und ein isolierendes Teil 300 auf,
die durch den Einhüllungsvorgang
gefügt sind,
der in der obigen Ausführungsform
beschrieben wurde. Die Anode 70 und die Kathode 80 werden
mittels dem isolierenden Teil 300 isoliert. Durch das Ausbilden
des isolierenden Teils 300 als Teil des wasserstoffdurchlässigen Substrats
wie in dieser unterschiedlichen Ausführungsform kann das isolierende Teil 300 mittels
einem Einhüllungsvorgang gefügt werden
und somit einfach positioniert werden. 9B erläutert die
Struktur der rostfreien Stahlplatte 200.
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9B ist
ein Diagramm der Anordnung der rostfreien Stahlplatte 200 in
der unterschiedlichen Ausführungsform. 9B zeigt
die rostfreie Stahlplatte 200 von dem wasserstoffdurchlässigen Metall 10 aus
betrachtet. Die rostfreie Stahlplatte 200 umfasst eine
Einlassöffnung 220 für Wasserstoff
enthaltendes Gas, eine Auslassöffnung 230 für Wasserstoff enthaltendes
Gas und einen Strömungskanal 240. Die
Einlassöffnung 220 für Wasserstoff
enthaltendes Gas und die Auslassöffnung 230 für Wasserstoff
enthaltendes Gas werden durch das Durchdringen durch die rostfreie
Stahlplatte 200 ausgebildet. Die Einlassöffnung 220 für Wasserstoff
enthaltendes Gas, die Auslassöffnung 230 für Wasserstoff
enthaltendes Gas und der Strömungskanal
werden durch Ätzen
ausgebildet.
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Es
folgt eine kurze Beschreibung der Grundlage der Elektrizitätserzeugung
durch die Brennstoffzelle 60. Wenn Wasserstoff enthaltendes
Gas aus der Auslassöffnung 230 für Wasserstoff
enthaltendes Gas zu dem Strömungskanal 240 zugeführt wird, wird
zuerst der in dem Wasserstoff enthaltenden Gas enthaltene Wasserstoff
durch das wasserstoffdurchlässige
Metall 10 in Protonen und Elektronen getrennt. Getrennte
Protonen treten durch das wasserstoffdurchlässige Metall 10 und
sickern mittels Leitung durch das Elektrolyt 900 in die
Kathode 80 ein. Getrennte Elektronen werden andererseits
zu einem vorbestimmten elektrischen Schaltkreis 1000 geliefert,
der zwischen der Anode 70 und der Kathode 80 verbindet,
und sickern dann in die Kathode 80 ein. In dem Strömungskanal 810 reagieren
in der zugeführten
Luft vorhandener Sauerstoff, durch den Elektrolyt 900 geleitete
Protonen zum Erreichen der Elektrode 820 und den Separator 800 über den elektrischen Schaltkreis 1000 erreichende
Elektronen und bilden Wasser. Die Brennstoffzelle 60 erzeugt
Elektrizität auf
dieser Grundlage.
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Mittels
Einsatz von solch einer Anordnung kann die rostfreie Stahlplatte 200 ausgebildet
sein, um als Strömungskanalplatte
zu dienen, und die Brennstoffzelle kann kompakter hergestellt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Das
wasserstoffdurchlässige
Substrat umfasst eine Kupferplatte, eine rostfreie Stahlplatte,
ein isolierendes Teil und ein wasserstoffdurchlässiges Metall. Das wasserstoffdurchlässige Metall
ist durch das Anordnen des isolierenden Teils zwischen der rostfreien
Stahlplatte und einem kombinierten Teil ausgebildet, das durch Einbetten
des wasserstoffdurchlässigen
Metalls in Durchlöcher
ausgebildet wird, die in der Kupferplatte hergestellt sind, Aussetzten
der Fügeflächen von
jedem Bauteil zum Fügen mit
anderen Bauteilen einer Bestrahlung mit Argonionen, um den Oxidfilm
darauf zu entfernen und die Oberfläche zu aktivieren; und stapeln
und drücken der
Bauteile. Dadurch können
diese bei niedrigen Temperaturen und niedrigem Druck gefügt werden. Sobald
sie gefügt
sind, kann durch schneiden des wasserstoffdurchlässigen Metalls in einzelne
Stücke entlang
von Schnittlinien eine Vielzahl von wasserstoffdurchlässigen Substraten
auf einmal hergestellt werden.