DE112006002424T5 - Verfahren zum integralen Ausformen von Dichtungen eines Brennstoffzellen verwendenden Komponentenbauteils und Ausformungsvorrichtung hierfür - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum integralen Ausformen von Dichtungen eines Brennstoffzellenkomponentenbauteils, bei dem ein Dichtungskörper integral mit einem äußeren Umfangsbereich einer Membranelektrodenbaugruppe und einem Umfangsbereich einer Öffnung an der Membranelektrodenbaugruppe durch Vernetzungsausformung unter Verwendung einer Form mit einer Erwärmungsanordnung ausgeformt wird, wobei die Membranelektrodenbaugruppe eine Protonenaustauschmembran aufweist und eine Gasdiffusionslage auf beide Seiten der Protonenaustauschmembran unter Zwischenschaltung einer Katalysatorträgerlage, die eine Elektrode bildet, integral laminiert wird, wobei:
die Form einen Hohlraum, der einem Formgebungsbereich des Dichtungskörpers entspricht, und eine Wärmedämmzone aufweist, die einem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt des Brennstoffzellenkomponentenbauteils entspricht; und
ein nicht-vernetztes Dichtungsmaterial in den Hohlraum eingefüllt und das Dichtungsmaterial durch Wärmevernetzungsausformung unter Verwendung der Erwärmungsanordnung ausgeformt wird,
wobei die durch die Ausformung erzeugte Wärme durch die Wärmedämmzone an einer Übertragung zu dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt gehindert wird.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum integralen Ausformen von Dichtungen eines Komponentenbauteils zur Verwendung in einer Brennstoffzelle und auf eine dafür geeignete Ausformungsvorrichtung. Genauer bezieht sie sich auf ein Verfahren zum integralen Ausformen von Dichtungen eines Komponentenbauteils zur Verwendung in einer Brennstoffzelle, bei dem ein Dichtungskörper integral mittels Vernetzung an einem Umfangsbereich einer Öffnung und einem äußeren Umfangsbereich einer Membranelektrodenbaugruppe durch eine Form mit einer Erwärmungsanordnung ausgeformt wird. Die Membranelektrodenbaugruppe weist eine Protonenaustauschmembran auf, wobei eine Gasdiffusionslage an beiden Seiten der Protonenaustauschmembran durch eine eine Elektrode bildende Katalysatorträgerlage integral laminiert ist und die Öffnung entlang einer Seite der Membranelektrodenbaugruppe und zu deren Vorrichtung hin ausgeformt ist.
  • Stand der Technik
  • Eine (im folgenden als ME-Baugruppe bezeichnete) Membranelektrodenbaugruppe besteht aus einer (im folgenden als PA-Membran bezeichneten) Protonenaustauschmembran, die aus einer Ionenaustauschmembran wie z. B. einem festen Polymer und einer (im folgenden als GD-Lage bezeichneten) Gasdiffusionslage hergestellt ist, die unter Zwischenschaltung einer Elektrode (Anode, Kathode), die aus einem einen Platinkatalysator aufweisenden Kohlestoffpulver angefertigt ist, auf beide Seiten der PR-Membran integral auflaminiert ist. Zur Ausbildung einer Einheitszelle wird eine derartige ME-Baugruppe zwischen zwei Zwischenstücken angeordnet, und eine Mehrzahl von derart ausgebildeten Einheitszellen wird aufeinander gestapelt und integral befestigt, wodurch ein Brennstoffzellenkörper (Stapel) ausgebildet wird. Ein Durchflussweg für Wasserstoffgas wird zwischen einem Zwischenstück und der GD-Lage ausgebildet, ein Durchflussweg für ein Sauerstoffgas (Luft) wird zwischen dem anderen Zwischenstück und der GD-Lage ausgebildet, und weiterhin wird ein Durchflussweg für Kühlmedium (Wasser, Ethylenglykol usw.) zwischen den Zwischenstücken der benachbarten Zellen ausgebildet. Die Elektrode, bei der der Durchflussweg für Wasserstoffgas ausgebildet wird, wird zu einer Anode (Brennstoffelektrode), und die Elektrode, bei der der Durchflussweg für Luft (Sauerstoffgas) ausgebildet wird, wird zu einer Kathode (Sauerstoffelektrode).
  • Entlang der Seite des Stapels dringen eine Mehrzahl von Verteilern ein, um ein Wasserstoffgas, ein Sauerstoffgas sowie ein Kühlmedium zuzuführen und abzugeben, wobei diese dazu ausgelegt sind, mit dem oben erwähnten Durchflussweg für ein Wasserstoffgas, dem Durchflussweg für ein Sauerstoffgas und dem Durchflussweg für ein Kühlmedium zu kommunizieren. Zwischen der ME-Baugruppe und dem Zwischenstück sowie zwischen den Zwischenstücken sind Dichtungen vorgesehen, um eine Leckage von Gas und dem Kühlmedium nach außen zu verhindern, wobei die Dichtung um den Umfangsbereich einer Öffnung herum bereitgestellt ist, die um den Umfang oder entlang der Seite der ME-Baugruppe und dem äußeren Umfangsbereich der ME-Baugruppe herum ausgebildet ist. Die Dichtung und die ME-Baugruppe sind mit einem Klebemittel integral miteinander verbunden, oder ein Dichtungsmaterial wie z. B. Kautschuk ist mittels Vernetzung mittels einer Form mit einer Erwärmungsanordnung integral angeformt.
  • Allerdings beträgt die zulässige Temperaturgrenze der zwischen zwei GD-Lagen angeordneten PA-Membran etwa 130°C, sodass insofern das Problem bestanden hat, dass die Erwärmungstemperatur bei dem Vernetzungsformen auf einen niedrigen Wert eingestellt werden und ein langer Zeitraum notwendig sein sollte, um eine Beschädigung der PA-Membran zu vermeiden, wenn die Dichtung und die ME-Baugruppe durch eine Vernetzungsausformung integriert werden. Die die ME-Baugruppe bildende GD-Lage und PA-Membran sind dünn und haben empfindliche Filmkörper. Werden sie beschädigt, geht die Stromerzeugungsfunktion als Brennstoffzelle verloren, weshalb ihre Handhabung eine sorgfältige Achtsamkeit erfordert. Wenn die Erwärmungstemperatur jedoch auf einen niedrigen Wert eingestellt wird, um eine Beschädigung der PA-Membran zu vermeiden, und ein großer Zeitraum für eine Vernetzungsausformung benötigt wird, wird die Produktivität beeinträchtigt und es kann keine Massenfertigung bei niedrigen Kosten bewerkstelligt werden.
  • Wenn eine aus Kautschuk gefertigte Dichtung durch Vulkanisieren mit einer Stahlplatte integral ausgeformt wird, wird die Erwärmungstemperatur der Form der vulkanisierten Ausformung allgemein auf 150–200°C eingestellt. Wird die Erwärmungstemperatur um 10°C erhöht, wird die Erwärmungszeit auf die Hälfte verringert, während andererseits die Erwärmungszeit auf das Doppelte verlängert wird, wenn die Erwärmungstemperatur um 10°C verringert wird. Wenn die Erwärmungstemperatur daher auf einen niedrigen Wert eingestellt wird, um eine Beschädigung der PA-Membran zu verhindern, wird der Zeitraum für das Gummiaushärten sehr lang.
  • Es kann festgehalten werden, dass eine vulkanisierte Ausformung in einem kurzen Zeitraum bewerkstelligt werden kann, wenn die Erwärmungstemperatur hoch ist, und dass andererseits bei einer niedrigen Erwärmungstemperatur ein langer Zeitraum zum Vulkanisieren erforderlich ist. Daher versteht sich, dass der Erwärmungszeitraum für eine Verbesserung der Produktivität und eine Bewerkstelligung der Massenfertigung bei niedrigen Kosten ein wichtiger Faktor ist. Im Falle des integralen Ausformens einer Dichtung zur Verwendung in einem Brennstoffzellenkomponentenbauteil mit der ME-Baugruppe ist es erwünscht, diese in einem Erwärmungszeitraum bei 150–200°C auszuformen.
  • Hinsichtlich der oben erwähnten Bauteile mit einem niedrigen zulässigen Temperaturgrenzwert, die durch die von einer Vernetzungsausformung erzeugten Wärme nicht beschädigt werden und sich dadurch die Produktivität verbessert, liegen die folgenden Schriften aus dem Stand der Technik vor: In der Druckschrift 1 ist offenbart, dass wenn ein Kautschuk vulkanisiert wird, um mit einem Kunststoffprodukt mit einer Wärmeverformungstemperatur, die geringer als die Vulkanisationstemperatur von Kautschuk ist, ausgeformt zu werden, das Kunststoffprodukt in einer Form angeordnet wird, die auf eine Temperatur vorgewärmt wird, die geringer als die Verformungstemperatur des Kunststoffs ist, und ein Kautschuk, der unmittelbar vor der Injektion auf die Vulkanisationstemperatur erwärmt wurde, injiziert wird.
  • In Druckschrift 2 ist ein Ausformungsverfahren offenbart, bei welchem dann, wenn Kautschuk vulkanisiert wird, um mit einem aus Harz gefertigtem Einsatzbauteil mit einem niedrigen zulässigen Temperaturgrenzwert ausgeformt zu werden, eine Mehrzahl von Teilstücken unter Verwendung einer Form ausgeformt wird, die eine Teilfläche an einer Einsetzstelle des Einsatzbauteils festlegt, wobei das Einsatzbauteil zwischen den Teilstücken angeordnet wird, während diese Teilstücke nicht vulkanisiert verbleiben, und wobei anschließend die unterteilten Bauteile als ein integraler Gummi ausgeformt werden.
  • In Druckschrift 3 ist eine Form zur Vernetzungsausformung mit einer Heiz- und einer Kühlanordnung offenbart. Der Fluidkreis zum Erwärmen oder Abkühlen der Form, die durch Aneinanderpassung mit einem Hohlraum ausgebildet wird, wird formgegossen und durch ein Kohlefaserbündel erzeugt, das entlang der Form des ausgeformten Produkts an der Rückseite des ausgeformten Produkts formgegossen wird, und die Form wird so angeordnet, dass sie das schmelzflüssige Material für den ausgeformten Werkstoff, der in den Hohlraum von der Rückseite des ausgeformten Produkts her injiziert wird, erwärmt oder abkühlt.
    • Druckschrift 1: JP-A-03-047721
    • Druckschrift 1: JP-A-2001-219428
    • Druckschrift 1: JP-A-2004-174606
  • Offenbarung der Erfindung
  • Von der Erfindung zu lösende Probleme
  • Gemäß Druckschrift 1 besteht die Befürchtung, dass die Kautschuktemperatur verringert wird, wodurch die Vulkanisierung unzureichend ausfällt, wenn das Kautschuk einen in einer Form bereitgestellten dünnen Injektionsweg durchläuft, und dass es keine Dichtung für eine ME-Baugruppe ausbildet.
  • Gemäß Druckschrift 2 liegt, obgleich das aus Kautschuk gefertigte Teilstück nicht vulkanisiert wird, für die Vulkanisierung ausreichend Wärme vor, sodass die Befürchtung besteht, dass das mit dem Kautschuk in Kontakt tretende Einsatzbauteil thermisch verformt und geschmolzen werden kann. Weiterhin besteht das Problem, dass eine Zeitgebung für die dazwischen liegende Anordnung des Einsatzbauteils schwierig ausfällt. Ähnlich wie bei Druckschrift 1 ist hier nicht offenbart, dass eine Dichtung für eine ME-Baugruppe ausgebildet wird.
  • Gemäß Druckschrift 3 ist hauptsächlich die Temperatur steuerbar, um das in eine metallische Form zu injizierende schmelzflüssige Material zu erwärmen oder abzukühlen. Hier kann das oben genannte Problem, dass ein Bauteil mit einem niedrigen zulässigen Temperaturgrenzwert vor einer Beschädigung durch die Erwärmung der Vulkanisationsausformung geschützt wird, nicht gelöst werden.
  • Angesichts der oben erwähnten Probleme wird die vorliegende Erfindung vorgeschlagen, deren Aufgabe in der Bereitstellung eines Verfahrens zum integralen Ausformen von Dichtungen eines eine Brennstoff zelle verwendenden Komponentenbauteils und einer Ausformungsvorrichtung besteht, die Beschädigungen einer PA-Membran mit einem niedrigen zulässigen Temperaturgrenzwert vermeiden, welche als ein Bauteil eines Stromerzeugungsfunktionsabschnitts eines Brennstoffzellenkomponentenbauteils ausgelegt sind, wodurch die Produktivität verbessert wird.
  • Mittel zur Lösung des Problems
  • Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung ist durch ein Verfahren zum integralen Ausformen von Dichtungen eines Brennstoffzellenkomponentenbauteils gekennzeichnet, in welchem ein Dichtungskörper integral mit einem äußeren Umfangsbereich einer Membranelektrodenbaugruppe ausgeformt und ein Umfangsbereich einer Öffnung an der Membranelektrodenbaugruppe durch Vernetzungsausformung unter Verwendung einer Form mit einer Erwärmungsanordnung gebildet werden, wobei die Membranelektrodenbaugruppe eine Protonenaustauschmembran und eine Gasdiffusionslage aufweist, die an beiden Seiten der Protonenaustauschmembran unter Zwischenschaltung einer Katalysatorträgerlage, die eine Elektrode bildet, integral laminiert ist. Die Form weist einen Hohlraum auf, der einem Formgebungsbereich des Dichtungskörpers entspricht, sowie eine Wärmedämmzone, die einem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt des Brennstoffzellenkomponentenbauteils entspricht; und ein nicht vernetztes Dichtungsmaterial wird in den Hohlraum gefüllt und das Dichtungsmaterial wird durch eine Wärmevernetzungsausformung unter Verwendung der Erwärmungsanordnung ausgeformt, wobei durch die Wärmedämmzone verhindert wird, dass die von der Ausformung erzeugte Wärme zu dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt übertragen wird.
  • Der Stromerzeugungsfunktionsabschnitt bezeichnet denjenigen Abschnitt der ME-Baugruppe, bei dem keine Dichtung ausgebildet ist.
  • Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch charakterisiert, dass bei dem Verfahren des ersten Aspekts die Wärmedämmzone mit einem an der Form ausgebildeten ausgesparten Bereich aufgebaut ist, der dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt entspricht. Luft kann in dem ausgesparten Bereich zirkuliert werden, um einen Wärmezuwachs in dem ausgesparten Bereich zu hemmen.
  • Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren des zweiten Aspekts eine Innenwand des ausgesparten Bereichs mit einem Wärmedämmmaterial ausgekleidet wird.
  • Der vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch charakterisiert, dass bei dem Verfahren des zweiten und des dritten Aspekts der ausgesparte Bereich einen Kühlblock mit einem Kühlmediumdurchflussweg umfasst, der benachbart zu dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt angeordnet ist.
  • Der fünfte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren des dritten und des vierten Aspekts der Kühlblock integral mit dem Wärmedämmmaterial versehen wird, das mit diesem fest verbunden wird.
  • Der sechste Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch charakterisiert, dass bei dem Verfahren des zweiten und vierten Aspekts der Kühlblock durch eine Feder an der Innenwand des ausgesparten Bereichs abgestützt wird, um einen Zwischenraum auszubilden, und er wird durch die elastische Energie der Feder mit dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt elastisch in Kontakt gebracht.
  • Der siebte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zum integralen Ausformen einer Dichtungs einer Brennstoffzellenkomponente bereitgestellt wird, bei der ein Dichtungskörper integral mit einem äußeren Umfangsbereich einer Membranelektrodenbaugruppe ausgeformt und ein Umfangsbereich einer Öffnung an der Membranelektrodenbaugruppe mittels Vernetzungsausformung unter Verwendung einer Form mit einer Erwärmungsanordnung ausgebildet wird, wobei die Membranelektrodenbaugruppe eine Protonenaustauschmembran aufweist und eine Gasdiffusionslage an beiden Seiten der Protonenaustauschmembran unter Zwischenschaltung einer Katalysatorträgerlage, die eine Elektrode bildet, integral laminiert wird. Die Dichtung wird durch das Vernetzungsausformungsverfahren, das im ersten bis sechsten Aspekt dargelegt ist, integral ausgeformt.
  • Auswirkungen der Erfindung
  • Gemäß des Verfahrens zum integralen Ausformen und der Vorrichtung zum integralen Ausformen von Dichtungen des in dem ersten und siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschriebenen Brennstoffzellenkomponentenbauteils wird die Dichtung integral unter Verwendung der Form mit der Wärmedämmzone ausgeformt, die dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt des Brennstoffzellenkomponentenbauteils entspricht. Eine Wärmeübertragung zu dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt der ME-Baugruppe wird von der Wärmedämmzone verhindert, sodass eine Beschädigung (thermische Verformung und dergleichen) an der PA-Membran vermieden wird und die Dichtung integral ausgeformt werden kann, ohne die Stromerzeugungsfunktion der ME-Baugruppe nachteilig zu beeinflussen. Weiterhin kann der Hohlraum, der dem Formgebungsbereich des Dichtungskörpers entspricht, auf eine hohe Temperatur erwärmt werden, wodurch der Ausformungs- und Aushärtungszeitraum verringert wird. Dadurch können die Produktivität verbessert sowie eine Massenproduktion und niedrige Kosten ermöglicht werden.
  • Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Wärmedämmzone mit einem an der Form ausgebildeten ausgesparten Bereich gestaltet. Ein Zwischenraum wird zwischen dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt und der Form ausgebildet, der als eine effektive Wärmedämmzone fungiert, wodurch eine Wärmedämmzone mit einer einfachen Struktur ausgebildet wird.
  • Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, bei dem an der Innenwand des ausgesparten Bereichs Wärmedämmmaterial angebracht wird, kann der Wärmeschutzeffekt durch eine einfache Struktur verbessert werden.
  • Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der ausgesparte Bereich den Kühlblock mit dem Kühlmediumdurchflussweg. Der Stromerzeugungsfunktionsabschnitt der ME-Baugruppe wird durch den Kühlblock nach oben und unten gedrückt, sodass die von der Erwärmungsanordnung erzeugte Wärme auf effektive Weise daran gehindert werden kann, zu dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt übertragen zu werden. Weiterhin wird die Wärmeverformung durch die Kühlung vermieden, sodass die ME-Baugruppe an einer Verformung durch den Ausformungsdruck gehindert wird.
  • Gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Kühlblock integral und feststehend mit dem Wärmedämmmaterial ausgerüstet. Die Wärmeübertragung zu dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt wird durch das Wärmedämmmaterial blockiert, und die Kühlwirkung des Kühlblocks wirkt nicht auf die Form ein, sodass die Form auf einer geeigneten Erwärmungstemperatur gehalten werden kann. Wenn weiterhin die Temperatur in der Form erhöht wird, kann ein Anstieg der Temperatur des Stromerzeugungsfunktionsabschnitts durch den Kühlblock verhindert werden. Zusätzlich wird durch die Bereitstellung des Kühlblocks der Stromerzeugungsfunktionsabschnitt der ME-Baugruppe durch den Kühlblock nach oben und unten gedrückt, und eine Verformung der ME-Baugruppe durch den Ausformungsdruck wird vermieden.
  • Gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Kühlblock durch eine Feder an der Innenwand des ausgesparten Bereichs abgestützt, um einen Zwischenraum auszubilden, und er wird durch die elastische Energie der Feder mit dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt elastisch in Kontakt gebracht. Die Wärmeübertragung von der Form kann durch den Zwischenraum blockiert werden, und der Kühlungsbetrieb des Kühlblocks wirkt nicht auf die Form ein, sodass die Form auf einer geeigneten Erwärmungstemperatur gehalten werden kann. Selbst bei einer Erhöhung der Temperatur in der Form kann durch den Kühlblock eine Wärmezunahme des Stromerzeugungsfunktionsabschnitts verhindert werden. Weiterhin wird durch die Bereitstellung des Kühlblocks der Stromerzeugungsfunktionsabschnitt der ME-Baugruppe durch den Kühlblock nach oben und unten gedrückt, und eine Verformung der ME-Baugruppe durch den Ausformungsdruck wird vermieden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine diagrammartige perspektivische Ansicht und stellt eine Ausführungsform einer Brennstoffzelle dar, die mit einem Brennstoffzellenkomponentenbauteil aufgebaut ist, das durch ein Verfahren zum integralen Ausformen einer Dichtung und eine Ausformungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung erhalten wurde.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Brennstoffzellenkomponentenbauteils, das durch ein Verfahren zum integralen Ausformen einer Dichtung und eine Ausformungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung erhalten wurde.
  • 3 ist eine vertikale Schnittansicht einer Ausformungsvorrichtung, die für ein Verfahren zum integralen Ausformen einer Dichtung eines Brennstoffzellenkomponentenmaterials der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • 4 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs Y in 3.
  • 5 ist eine ähnliche Ansicht wie 4 und zeigt eine modifizierte Ausführungsform.
  • 6 ist eine ähnliche Ansicht wie 4 und stellt eine modifizierte Ausführungsform dar.
  • 7 ist eine ähnliche Ansicht wie 4 und zeigt eine modifizierte Ausführungsform.
  • 8 ist eine ähnliche Ansicht wie 4 einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
  • 9 ist eine ähnliche Ansicht wie 6 und stellt eine modifizierte Ausführungsform dar.
  • Bevorzugte Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung
  • Nun werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. 1 ist eine diagrammartige perspektivische Ansicht und stellt eine Ausführungsform einer Brennstoffzelle dar, die mit einem Brennstoffzellenkomponentenbauteil aufgebaut ist, welches durch ein Verfahren zum integralen Ausformen einer Dichtung und die Ausformungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung erhalten wurde. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Brennstoffzellenkomponentenbauteils, das durch ein Verfahren zum integralen Ausformen einer Dichtung und die Ausformungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung erhalten wurde. 3 ist eine vertikale Schnittansicht einer Ausformungsvorrichtung, die für ein Verfahren zum integralen Ausformen eines Brennstoffzellenkomponentenmaterials mit einer Dichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. 4 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs Y in 3, 5 bis 7 sind ähnliche Ansichten wie 4 und stellen modifizierte Ausführungsformen dar. 8 ist eine ähnliche Ansicht wie 4 einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, und 9 ist eine ähnliche Ansicht wie 6 und stellt deren modifizierte Ausführungsform dar.
  • Das Brennstoffzellenkomponentenbauteil A in 1 ist zwischen Trennstücken 1, 2 angeordnet, um eine Einheitszelle C auszubilden, und eine Mehrzahl von derart aufgebauten Einheitszellen C werden gestapelt, um einen Brennstoffzellkörper (Stapel) S auszubilden. An beiden Enden des Stapels S, gesehen Stapelungsrichtung, sind Stromabnehmer 3, 4 vorgesehen, und die Stapel S sind an beiden Enden durch eine (nicht dargestellte) Schraube und Mutter integral mit den Stromabnehmern 3, 4 verbunden, wodurch eine Brennstoffzelle B aufgebaut wird. Eine Mehrzahl von Verteilern ist auf durchdringende Weise entlang der Längsrichtung (in der Richtung der Stapelung) vorgesehen. Die Verteiler umfassen in der Figur einen Verteiler 5 zum Zuführen eines Kühlmediums (Wasser oder Ethylenglykol), einen Verteiler 5a zum Ableiten des Kühlmediums, einen Verteiler 6 zum Zuführen eines Wasserstoffgases, einen Verteiler 6a mm Ableiten des Wasserstoffgases, einen Verteiler 7 zum Zufuhren eines Sauerstoffgases (Luft), und einen Verteiler 7a zum Ableiten des Sauerstoffgases. Das Kühlmedium, das Wasserstoffgas und das Sauerstoffgas, das von den Verteilern 5, 6 bzw. 7 zugeführt werden, werden von den Verteilern 5a, 6a bzw. 7a über einen (später erläuterten) Durchflussweg abgeleitet, der pro Einheitszelle C gebildet wird.
  • Das in den 19 dargestellte Brennstoffzellenkomponentenbauteil A umfasst eine ME-Baugruppe 20, die so aufgebaut ist, dass GD-Lagen 9, 10 an beiden Seiten der PA-Membran 8, die durch eine Katalysatorträgerlage, welche eine Elektrode bildet, integriert werden soll, laminiert werden, und die Dichtungen 12, 13 werden durch Vernetzung an dem Umfangsbereich einer Öffnung 11 und dem äußeren Umfangsbereich der ME-Baugruppe 20 integral ausgeformt.
  • Die Dichtungen 12, 13 sind aus einem Kautschukmaterial wie z. B. Silikonkautschuk, Perfluorelastomer, Butylkautschuk, Styrol-Butadien-Copolymer, Ethylen-Vinylacetatcopolymer, Ethylen-Acrylsäure-Methylcopolymer, Butadienkautschuk, Polyisobutylen, Fluorokautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk und ähnlichem angefertigt. Das Kautschukmaterial wird vulkanisiert und ausgeformt, um für die ME-Baugruppe 20 bereitgestellt zu werden. Die Winkelbereiche 12a, 13a der Dichtungen 12, 13 werden zwischen den Trennstücken 1, 2 zum Zeitpunkt der oben erwähnten Bindung komprimiert und verformt, um durch ihre Rückstellelastizität eine Abdichtung zwischen den Trennstücken 1, 2 zu bewerkstelligen, sodass das durch den Durchflussweg oder den Verteiler strömende Kühlmedium, Wasserstoffgas und Sauerstoffgas an einer Leckage nach außen gehindert werden.
  • Die GD-Lagen 9, 10 werden aus einer Lage aus Kohlefaser oder Metallfaser angefertigt, und ihre zu der PA-Membran 8 weisende Seite ist als eine (nicht dargestellte) Katalysatorträgerlage ausgebildet, die einen Platinkatalysator trägt. Eine Seite der Katalysatorträgerlage, zu der ein Sauerstoffgas diffundiert wird, ist eine Sauerstoffelektrode (Kathode), und deren andere Seite, zu der ein Wasserstoffgas diffundiert wird, ist eine Brennstoffelektrode (Anode). Die PA-Membran 8 besteht aus einer Festpolymer-Ionenaustauschmembran, und ihre Dicke beträgt etwa 25 μm, wobei die Dicke jedoch nicht hierauf begrenzt ist.
  • Ausführungsform 1
  • Die 35 zeigen eine Ausführungsform der Ausformungsvorrichtung zum integralen Vulkanisieren und Ausformen einer Dichtung mit der oben erwähnten ME-Baugruppe. In den Figuren ist eine Ausformungsvorrichtung D vom Injektionstyp dargestellt, jedoch bedeutet dies nicht, dass eine Press/Erwärmungs-Ausformungsvorrichtung ausgeschlossen ist.
  • Die Ausformungsvorrichtung D umfasst eine bewegliche Platte 17b, die sich durch einen Kolben 18 nach oben und nach unten bewegt, eine oberhalb der beweglichen Platte 17b bereitgestellte untere Form (Teilform) 22a, eine durch einen Pfeiler 17 oberhalb der beweglichen Platte 17b abgestützte feststehende Platte 17a, und eine obere Form (Teilform) 22a, die unter der feststehenden Platte 17a befestigt ist. Eine obere Heizplatte 21a wird durch eine obere Schiene 23 oberhalb der oberen Form 22a bereitgestellt, und eine untere Heizplatte 21b ist unter der unteren Form 22b vorgesehen. Eine Wärmedämmplatte 19 ist zwischen der oberen Heizplatte 21a und der feststehenden Platte 17a sowie zwischen der unteren Heizplatte 21b und der beweglichen Platte 17b bereitgestellt. In der Mitte der oberen Form 22a ist ein Injektionsweg 14 für einen nicht vulkanisierten Kautschuk bereitgestellt, um mit einem Hohlraum 23 zu kommunizieren, der in Abhängigkeit von der Form der Dichtungen 12, 13, die integral an dem Umfangsbereich der Öffnung 11 und dem äußeren Umfangsbereich der ME-Baugruppe 20 ausgebildet werden, geformt ist. Der nicht vulkanisierte Kautschuk, der durch Vulkanisationsausformung als die Dichtungen 12, 13 ausgeformt werden soll, wird von dem Injektionsweg 14 durch einen Injektionseinlass 14a, der optional auf eine derartige Weise bereitgestellt wird, dass das nicht vulkanisierte Kautschuk gleichförmig in den Hohlraum 23 fließt, in den Hohlraum 23 eingefüllt. Die Position des Einlasses 14a begrenzt sich nicht auf die in der Figur dargestellte Position. Eine Antriebsanordnung zum Ausfahren des Kolbens 18 sowie eine Antriebsanordnung für die obere Heizplatte 21a und die untere Heizplatte 21b sind bereitgestellt, die in der Figur jeweils nicht dargestellt sind. Eine Erwärmungsanordnung wie z. B. ein integriertes Heizgerät kann als die obere Heizplatte 21a und die untere Heizplatte 21b verwendet werden.
  • Die Form 22 besteht aus der unteren Form 22b und der oberen Form 22a, wobei beide Teilformen 22a, 22b kombiniert werden, wenn sich die bewegliche Platte 17b entsprechend dem Auszug des Kolbens 18 anhebt, wobei der Hohlraum 23 zwischen den beiden Teilformen 22a, 22b durch ein Schleifverfahren ausgebildet wurde, um die ME-Baugruppe 20 und die Dichtungen 12, 13 entsprechend der Form der Öffnung 11 der ME-Baugruppe 20 integral auszuformen, wie dies in 2 dargestellt ist.
  • Die Form 22 verfügt über einen derartigen Hohlraum 23 sowie eine Wärmedämmzone, welche die Wärmeübertragung von der oberen Heizplatte 21a und der unteren Heizplatte 21b derart blockiert, dass ein Stromerzeugungsfunktionsabschnitt der ME-Baugruppe 20 durch die von der Ausformung erzeugte Wärme nicht beschädigt wird. Die Wärmedämmzone weist einen ausgesparten Bereich 15 auf, der auf der kombinierten Stirnfläche der oberen und unteren Formen 22a, 22b entsprechend dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt gebildet wird. Die 3 und 4 stellen eine Ausführungsform dar, in der ein Wärmedämmmaterial 15a an der Innenwand des ausgesparten Bereichs 15, der die Wärmedämmzone bildet, befestigt ist, und ein Kühlblock 16 ist in dem ausgesparten Bereich 15 bereitgestellt. Als das Wärmedämmaterial 15a kann eine harte Harzverbundwärmedämmplatte, die mit einer Glasfaser wie z. B. FRP verstärkt ist, verwendet werden. Der Kühlblock 16 ist dazu vorgesehen, mit dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt der ME-Baugruppe 20 in Kontakt zu treten, und der Stromerzeugungsfunktionsabschnitt wird zum Zeitpunkt der Vulkanisationsausformung mit dem Kühlblock 16 nach oben und unten gepresst, um die gesamte ME-Baugruppe 20 bezüglich der Form 22 festzulegen, wodurch eine Beschädigung der ME-Baugruppe 20 durch den Ausformungsdruck vermieden wird.
  • Wie in 3 und 4 dargestellt ist, werden dann, wenn der Durchflussweg 16a für ein Kühlmedium in dem Kühlblock 16 bereitgestellt ist, um ein Fluid wie z. B. ein Niedertemperaturöl, Wasser oder Luft in dem Weg 16a zu zirkulieren, Beschädigungen des Stromerzeugungsfunktionsabschnitts der ME-Baugruppe 20 zusätzlich verhindert. Namentlich dient der ausgesparte Bereich 15 fair die Blockade der Wärmeübertragung zu dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt, und der Kühlblock 16 kann den Stromerzeugungsfunktionsabschnitt abkühlen, sodass der Stromerzeugungswärmebereich selbst dann von dem Kühlblock 16 abgekühlt werden kann, wenn Wärme von dem Hohlraum 23 übertragen wird, und weiterhin wirkt der Abkühlungseffekt des Kühlblocks 16 nicht auf die Form 22 ein, wodurch es ermöglicht wird, die Form bei einer geeigneten Heiztemperatur zu halten.
  • Die Struktur der Form 22 für die Verhinderung einer Beschädigung des Stromerzeugungsfunktionsabschnitts durch die von der Vulkanisationsausformung erzeugte Wärme begrenzt sich nicht auf die in 3 und 4 dargestellte Ausführungsform, bei welcher der Kühlblock 16 integral und feststehend bereitgestellt ist, wobei das Wärmedämmmaterial 15a an dem ausgesparten Bereich 15 angebracht ist. Sie kann auch so ausfallen, dass eine Feder S für die Innenwand des ausgesparten Bereichs 15 bereitgestellt ist, und der Kühlblock 16 durch die Feder S gestützt wird, um dazwischen einen Zwischenbereich 15b anzuordnen. In diesem Fall wird der Kühlblock 16 durch die elastische Energie der Feder S elastisch an dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt gehalten, wie dies in 5 dargestellt ist. Weiterhin fungiert der Zwischenbereich 15b als eine Wärmedämmlage, um die Wärmeübertragung zu blockieren, und der Kühlungsbetrieb des Kühlblocks 16 wirkt sich nicht auf die Form 22 aus, wodurch die Form auf einer geeigneten Erwärmungstemperatur gehalten wird.
  • Die Ausführungsformen in den 35 zeigen, dass die Dichtungen 12, 13 nur an einer Seite der ME-Baugruppe 20 ausgebildet werden, jedoch begrenzt sich die vorliegende Erfindung nicht auf eine derartige Ausführungsform, sondern sie ist auch für solche Ausführungsformen anwendbar, bei denen die Dichtungen wie in 6 dargestellt an beiden Seiten der ME-Baugruppe 20 bereitgestellt werden. In diesem Fall wird der Hohlraum 23 an Bereichen ausgebildet, die den Dichtungen an beiden Seiten der ME-Baugruppe 20 entsprechen.
  • Weiterhin kann, wie in 7 dargestellt, die Wärmedämmzone zwischen der Öffnung 11 der ME-Baugruppe 20 und dem Außenumfang der ME-Baugruppe 20 der Form 22 (zwischen der Dichtung 12 und der Dichtung 13) vorgesehen werden.
  • Gemäß einer derartigen Struktur können durch Wärme verursachte Schäden für einen größeren Bereich der ME-Baugruppe 20 vermieden werden, sodass die als der Stromerzeugungsfunktionsabschnitt dienende Zone groß ausfällt, was zu einer erhöhten Energieerzeugung als eine Brennstoffzelle beiträgt. Aufgrund der. erhöhten Energieerzeugung durch den vergrößerten Stromerzeugungsfunktionsabschnitt kann die ME-Baugruppe 20 dementsprechend verkleinert werden.
  • Ausführungsform 2
  • 8 und 9 zeigen eine weitere Ausführungsform der Ausformungsvorrichtung zum integralen Vulkanisieren und Ausformen der Dichtung mit der ME-Baugruppe. Die mit der Ausführungsform 1 gemeinsamen Bauteile tragen die gleichen Bezugszeichen und werden hier nicht weiter erläutert.
  • Bei dieser Ausführungsform wird kein Kühlblock 16 der Ausführungsform 1 bereitgestellt, und der ausgesparte Bereich 15 kann in der Form 22 ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform können Schäden, die durch die von dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt der ME-Baugruppe 20 erzeugte Wärme verursacht werden, durch eine einfache Struktur verringert werden. Zusätzlich kann zur Verbesserung dieses Effekts Kühlluft in dem ausgesparten Bereich 15c zirkuliert werden.
  • Weiterhin kann wie bei der Ausführungsform 1 das Wärmedämmbauteil 15a an der Innenwand des ausgesparten Bereichs 15 angebracht werden.
  • In der Ausführungsform in 8 und 9 werden die Dichtungen 12, 13 nur an einer Seite der ME-Baugruppe 20 ausgebildet, jedoch ist die vorliegende Erfindung auch für diejenigen Fälle anwendbar, bei denen, wie in der Ausführungsform 1 in 6 gezeigt ist, die Dichtungen an beiden Seiten der ME-Baugruppe 20 bereitgestellt werden. In diesem Fall wird der Hohlraum 23 in Bereichen bereitgestellt, die den Dichtungen an beiden Seiten der ME-Baugruppe 20 entsprechen.
  • Weiterhin kann, wie in der Ausführungsform 1 von 7 dargestellt, die Wärmedämmzone zwischen der Öffnung 11 der ME-Baugruppe 20 und dem Außenumfang der ME-Baugruppe 20 (zwischen der Dichtung 12 und der Dichtung 13) vorgesehen werden, wie dies unter Bezugnahme auf die Ausführungsform 1 erläutert wurde.
  • Gemäß einer derartigen Struktur kann der durch die Wärme verursachte Schaden für einen größeren Bereich der ME-Baugruppe 20 vermieden werden, sodass die als der Stromerzeugungsfunktionsabschnitt dienende Zone groß wird, was zu einer erhöhten Stromerzeugung als eine Brennstoffzelle beiträgt. Aufgrund der gesteigerten Stromerzeugung durch den vergrößerten Stromerzeugungsfunktionsabschnitt kann die ME-Baugruppe 20 dementsprechend verkleinert werden.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die gesamte Konfiguration der Brennstoffzelle, die das Brennstoffzellenkomponentenbauteil A der vorliegenden Erfindung einschließt, die Form jedes Verteilers und die entsprechenden Durchgangslöcher für den Verteiler sowie die Struktur der Ausformungsvorrichtung nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen begrenzt sind. Das Material der Dichtungen begrenzt sich nicht auf den oben erwähnten Kautschuk, denn auch ein nicht vernetztes weiches Harz kann anwendbar sein.
  • Zusammenfassung
  • Integrales Ausformungsverfahren von Dichtungen eines Brennstoffzellenkomponentenbauteils, bei dem ein Dichtungskörper integral mit einem äußeren Umfangsbereich einer Membranelektrodenbaugruppe ausgeformt und ein Umfangsbereich einer Öffnung an der Membranelektrodenbaugruppe durch Vernetzungsausformung unter Verwendung einer Form mit einer Erwärmungsanordnung ausgebildet wird, wobei die Membranelektrodenbaugruppe eine Protonenaustauschmembran aufweist und eine Gasdiffusionslage an beiden Seiten der Protonenaustauschmembran durch eine Katalysatorträgerlage, die eine Elektrode bildet, integral laminiert ist. Die Form hat eine einem Formgebungsbereich des Dichtungskörpers entsprechenden Hohlraum und eine Wärmedämmzone, die einem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt des Brennstoffzellenkomponentenbauteils entspricht, Ein nicht-vernetztes Dichtungsmaterial wird in den Hohlraum eingefüllt und das Dichtungsmaterial wird durch Wärmevernetzungsausformung unter Verwendung der Erwärmungsanordnung ausgeformt, wobei eine durch die Ausformung erzeugte Wärme durch die Wärmedämmzone an einer Übertragung zu dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt gehindert wird. Die Wärmedämmzone ist mit einem ausgesparten Bereich aufgebaut, der an der Form in Entsprechung zu dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt ausgebildet ist und an der Innenwand des ausgesparten Bereichs ist ein Wärmedämmmaterial angebracht.
  • 8
    Protonenaustauschmembran (PA-Membran)
    9
    Gasdiffusionslage (GD-Lage)
    9a
    Katalysatorträgerlage (Kathode)
    10
    Gasdiffusionslage (GD-Lage)
    10a
    Katalysatorträgerlage (Anode)
    11
    Öffnung
    12, 13
    Dichtungskörper
    15
    ausgesparter Bereich
    15a
    Isoliermaterial
    15b
    Zwischenbereich
    16
    Kühlblock
    16a
    Durchflussweg für Kühlmedium
    20
    Membranelektrodenbaugruppe (ME-Baugruppe)
    22
    Form
    23
    Hohlraum
    A
    Brennstoffzellenkomponentenbauteil
    S
    Feder
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 03-047721 A [0009]
    • - JP 2001-219428 A [0009]
    • - JP 2004-174606 A [0009]

Claims (7)

  1. Verfahren zum integralen Ausformen von Dichtungen eines Brennstoffzellenkomponentenbauteils, bei dem ein Dichtungskörper integral mit einem äußeren Umfangsbereich einer Membranelektrodenbaugruppe und einem Umfangsbereich einer Öffnung an der Membranelektrodenbaugruppe durch Vernetzungsausformung unter Verwendung einer Form mit einer Erwärmungsanordnung ausgeformt wird, wobei die Membranelektrodenbaugruppe eine Protonenaustauschmembran aufweist und eine Gasdiffusionslage auf beide Seiten der Protonenaustauschmembran unter Zwischenschaltung einer Katalysatorträgerlage, die eine Elektrode bildet, integral laminiert wird, wobei: die Form einen Hohlraum, der einem Formgebungsbereich des Dichtungskörpers entspricht, und eine Wärmedämmzone aufweist, die einem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt des Brennstoffzellenkomponentenbauteils entspricht; und ein nicht-vernetztes Dichtungsmaterial in den Hohlraum eingefüllt und das Dichtungsmaterial durch Wärmevernetzungsausformung unter Verwendung der Erwärmungsanordnung ausgeformt wird, wobei die durch die Ausformung erzeugte Wärme durch die Wärmedämmzone an einer Übertragung zu dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt gehindert wird.
  2. Verfahren zum integralen Ausformen von Dichtungen eines Brennstoffzellenkomponentenbauteils gemäß Anspruch 1, bei dem die Wärmedämmzone mit einem ausgesparten Bereich aufgebaut ist, der an der Form in Entsprechung zu dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt ausgebildet ist.
  3. Verfahren zum integralen Ausformen von Dichtungen eines Brennstoffzellenkomponentenbauteils gemäß Anspruch 2, bei dem an der Innenwand des ausgesparten Bereichs ein Wärmedämmmaterial angebracht ist.
  4. Verfahren zum integralen Ausformen von Dichtungen eines Brennstoffzellenkomponentenbauteils gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem der ausgesparte Bereich einen Kühlblock mit einem Kühlmediumdurchflussweg umfasst, der benachbart zu dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt angeordnet ist.
  5. Verfahren zum integralen Ausformen von Dichtungen eines Brennstoffzellenkomponentenbauteils gemäß Anspruch 3 oder 4, bei dem der Kühlblock integral und feststehend mit dem Wärmedämmmaterial versehen ist.
  6. Verfahren zum integralen Ausformen von Dichtungen eines Brennstoffzellenkomponentenbauteils gemäß Anspruch 2 oder 4, bei dem der Kühlblock durch eine Feder an der Innenwand des ausgesparten Bereichs abgestützt wird, um einen Zwischenraum auszubilden, und durch eine elastische Energie der Feder mit dem Stromerzeugungsfunktionsabschnitt elastisch in Kontakt gebracht wird.
  7. Vorrichtung zum integralen Ausformen von Dichtungen einer Brennstoffzellenkomponente, bei der ein Dichtungskörper integral mit einem äußeren Umfangsbereich einer Membranelektrodenbaugruppe und einem Umfangsbereich einer Öffnung an der Membranelektrodenbaugruppe durch Vernetzungsausformung unter Verwendung einer Form mit einer Erwärmungsanordnung ausgeformt ist, wobei die Membranelektrodenbaugruppe eine Protonenaustauschmembran aufweist und eine Gasdiffusionslage auf beide Seiten der Protonenaustauschmembran unter Zwischenschaltung einer Katalysatorträgerlage, die eine Elektrode bildet, integral laminiert ist, wobei die Dichtung durch das Vernetzungsausformungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 integral ausgeformt ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010034411A1 (de) * 2008-09-24 2010-04-01 Johnson Controls Interiors Gmbh & Co. Kg Werkzeug und verfahren zur herstellung von flächigen gegenständen mit anbauteilen

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4686555B2 (ja) 2008-01-09 2011-05-25 株式会社日立製作所 真空開閉装置
JP5097158B2 (ja) * 2009-04-01 2012-12-12 東海ゴム工業株式会社 燃料電池用セルアセンブリの製造方法、および燃料電池の製造方法
JP5097159B2 (ja) * 2009-04-01 2012-12-12 東海ゴム工業株式会社 燃料電池モジュールの製造方法、および燃料電池の製造方法
FR2977725B1 (fr) * 2011-07-08 2013-08-30 Helion Procede de realisation d'un joint d'etancheite entre des composants d'une pile a combustible et procede de fabrication d'une pile a combustible correspondant
JP5780401B2 (ja) 2011-09-02 2015-09-16 Nok株式会社 プレート一体型ガスケット
JP5765307B2 (ja) * 2012-09-06 2015-08-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の製造方法
GB2516931B (en) * 2013-08-07 2019-12-25 Intelligent Energy Ltd Interface seal for a fuel cartridge
JP6383203B2 (ja) * 2014-07-25 2018-08-29 Nok株式会社 プレート一体ガスケットの製造方法
CN118336056A (zh) * 2024-05-10 2024-07-12 氢新科技(深圳)有限公司 高性能高温质子交换膜燃料电池膜电极、制备工艺及装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0347721A (ja) 1989-04-20 1991-02-28 Tokai Kogyo Kk プラスチックとゴムの複合成形体の製造方法及びその方法を実施するための装置
JP2001219428A (ja) 2000-02-14 2001-08-14 Nok Corp インサート成形方法
JP2004174606A (ja) 2003-12-24 2004-06-24 Suwa Netsukogyo Kk 流体の加熱、冷却回路を内蔵した金型とその製造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3542550B2 (ja) * 2000-07-19 2004-07-14 本田技研工業株式会社 燃料電池用シールの成形方法
JP2002042838A (ja) * 2000-07-31 2002-02-08 Honda Motor Co Ltd 燃料電池、多孔質導電体・シール構造体の製造方法及び電極膜構造体の製造方法
JP4600632B2 (ja) * 2001-08-24 2010-12-15 Nok株式会社 燃料電池用構成部品
JP3693015B2 (ja) * 2001-12-26 2005-09-07 三菱マテリアル株式会社 薄肉部を有する射出成形体の製造金型および薄肉部を有する射出成形体の製造方法
JP2003191273A (ja) * 2001-12-27 2003-07-08 Toshiba Mach Co Ltd 階層構造型射出成形機
JP3990592B2 (ja) * 2002-04-26 2007-10-17 本田技研工業株式会社 燃料電池用セパレータ
JP4160328B2 (ja) * 2002-07-03 2008-10-01 本田技研工業株式会社 燃料電池用セパレータの製造方法
JP4178873B2 (ja) * 2002-08-20 2008-11-12 株式会社豊田中央研究所 電解質複合膜の製造方法
JP2004234931A (ja) * 2003-01-29 2004-08-19 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd ポリフェニレンサルファイドフィルムおよびその製造方法
JP2005117009A (ja) * 2003-09-17 2005-04-28 Denso Corp 半導体装置およびその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0347721A (ja) 1989-04-20 1991-02-28 Tokai Kogyo Kk プラスチックとゴムの複合成形体の製造方法及びその方法を実施するための装置
JP2001219428A (ja) 2000-02-14 2001-08-14 Nok Corp インサート成形方法
JP2004174606A (ja) 2003-12-24 2004-06-24 Suwa Netsukogyo Kk 流体の加熱、冷却回路を内蔵した金型とその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010034411A1 (de) * 2008-09-24 2010-04-01 Johnson Controls Interiors Gmbh & Co. Kg Werkzeug und verfahren zur herstellung von flächigen gegenständen mit anbauteilen

Also Published As

Publication number Publication date
JP4953415B2 (ja) 2012-06-13
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WO2007032267A1 (ja) 2007-03-22

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Inventor name: ARAI, JUNICHI, AKAIWA, OKAYAMA, JP

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