DE112007000017T5 - Verfahren zum Bilden einer Gasdiffusionsschicht für eine Brennstoffzelle - Google Patents

Verfahren zum Bilden einer Gasdiffusionsschicht für eine Brennstoffzelle Download PDF

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Keiji Kariya Hashimoto
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Abstract

Verfahren zum Bilden einer Gasdiffusionsschicht für eine Brennstoffzelle, die aus Metall hergestellt wird und bei der eine große Anzahl von Durchgangslöchern in einer versetzten Weise angeordnet sind, zum Zuführen eines Brennstoffgases oder eines Oxidationsgases in einem diffundierten Zustand zu einer entsprechenden Elektrodenschicht einer Elektrodenstruktur der Brennstoffzelle, wobei das Verfahren verwendet:
– eine Formungsvorrichtung, die ein stationäres Schneidwerkzeug, auf dem ein Metallblech abgelegt wird, sowie ein Schneidwerkzeug hat, das von dem stationären Schneidwerkzeug in einer Richtung des Vorschubs des Metallblechs versetzt ist und das in einer Dickenrichtung des Metallblechs ausgefahren und eingezogen wird und in einer Breitenrichtung des Metallblechs bewegt wird, um so das Metallblech zu schneiden, um Durchgangslöcher auszubilden, von denen jedes eine gewünschte Form hat und in einer versetzten Weise angeordnet ist, sowie umfasst:
– einen ersten Schritt zum Ausführen eines Bearbeitungszyklus über eine Vielzahl von Malen, der aus dem Vorschieben des Metallblechs um einen vorbestimmten Bearbeitungsschritt...

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bilden einer Gasdiffusionsschicht aus Metall zur Verwendung in einer Brennstoffzelle, insbesondere einer Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Eine herkömmlicherweise bekannte Brennstoffzelle ist zum Beispiel im Patentdokument Nr. 1 offenbart. Bei dieser herkömmlichen Brennstoffzelle ist zwischen nebeneinanderliegenden einzelnen Zellen ein Separator angeordnet, der aus einem dünnen flachen Substrat und einem gitterartigen Leiter besteht. Der gitterartige Leiter ist aus einem eingeschnittenen Metall (Metallgitter) oder aus Streckmetall hergestellt, in das rautenförmige Schlitze geschnitten sind. Der gitterartige Leiter hat eine allgemein rechteckige Querschnittsform. Auf diese Weise bietet der gitterartige Leiter Strömungspfade zum Liefern von Luft oder Brennstoffgas an eine Elektrodendiffusionsschicht und kann Strom aus der Brennstoffzelle herausleiten.
  • Auf dem Gebiet der Entwicklung von Brennstoffzellen wurden aktiv Forschungsanstrengungen nicht nur hinsichtlich der Verbesserung des Wirkungsgrades beim Erzeugen von Strom, sondern auch hinsichtlich der Verringerung der Größe einer Brennstoffzelle unternommen. Bei der oben erwähnten herkömmlichen Brennstoffzelle wird dem Leiter ein allgemein rechteckige Querschnittsform verliehen, um so notwendige und ausreichende Strömungspfade für Luft oder Brennstoffgas sicherzustellen und auf diese Weise eine wirkungsvolle Versorgung mit Luft oder Brennstoffgas in einer diffundierten Weise an die Elektronendiffusionsschicht zu ermöglichen. Die Verwendung eines Metallgitters oder Streckmetalls ermöglicht einen gleichmäßigen Kontakt des Leiters mit der Elektrodendiffusionsschicht an feinen Kontaktabständen über die gesamte Oberfläche der Schicht. Auf diese Weise kann zum Beispiel im Vergleich zu einem Metallblech, in dem Rillen ausgebildet sind, die jeweils einen allgemein rechteckigen Querschnitt haben, und in dem keine Löcher ausgebildet sind, die erzeugte Elektrizität besser aus der Brennstoffzelle herausgeleitet werden. Daher kann die Verwendung eines Metallgitters oder Streckmetalls den Wirkungsgrad bei der Erzeugung von Elektrizität durch die Brennstoffzelle genügend verbessern.
  • Dem Leiter eine allgemein rechteckige Querschnittsform zu verleihen, steht jedoch einer Verringerung der Größe der Brennstoffzelle im Weg. Bei der Verringerung der Größe der Brennstoffzelle bleibt daher noch Raum für Verbesserungen. In diesem Zusammenhang wird in dem Fall einer Verwendung eines Materials mit einer großen Anzahl von Durchgangslöchern, wie zum Beispiel eines Metallgitters oder Streckmetalls, zur Ausbildung eines Leiters die Verwendung dieser Durchgangslöcher selbst als Durchgänge für Luft oder Brennstoffgas, d. h. die Verwendung eines allgemein flachen Metallgitters oder Streckmetalls als ein Leiter in Betracht gezogen. In diesem Fall ist zum Beispiel die Verwendung eines geriffelten Streckmetalls, das im Patentdokument 2 offenbart ist, oder eines Metallgitters in einer gestuften Form, bei dem es sich um ein Vorprodukt handelt, in das das Streckmetall geformt werden kann, denkbar.
    • Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift (kokai) Nr. 2005-209470
    • Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift (kokai) Nr. 2001-47153
  • Da das oben erwähnte herkömmliche Metallgitter und Streckmetall jedoch sehr dünn sind und der Strömung der Luft oder dem Brennstoffgas einen großen Widerstand entgegensetzen, d. h. ein hoher Druckverlust auftritt, kann die Verwendung des Metallgitters oder Streckmetalls als ein Leiter dazu führen, dass nicht genügend Luft und Brennstoffgas an die entsprechenden Elektrodenschichten der Brennstoffzelle geliefert werden. Um diese Problem durch eine Erhöhung der Dicke des oben erwähnten herkömmlichen Metallgitters oder Streckmetalls zu lösen, ist die Erhöhung eines Bearbeitungsabstands für das versetzte Scheren denkbar. Da ein Metallblech als ein Werkstoff der Verformung jedoch einen geringen Widerstand entgegensetzt, ist es unwahrscheinlich, dass sich die Form eines Schneidwerkzeugs auf das Metallblech überträgt. Deshalb besteht eine Schwierigkeit bei der Herstellung eines Metallgitters oder eines ausgedehnten Metalls mit einer entsprechenden Dicke. Wenn die Form eines Schneidwerkzeugs nicht entsprechend auf das Metallblech übertragen wird, bekommen die Durchgangslöcher eine unregelmäßige Form. Das Ergebnis kann sein, dass noch ein größerer Druckverlust auftritt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wurde zum Lösen der oben genannten Probleme gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bilden einer Gasdiffusionsschicht aus Metall für eine Brennstoffzelle bereitzustellen, bei dem der Druckverlust im Zusammenhang mit der Lieferung von Gas verringert wird, um so das Gas wirkungsvoll und ungehindert zu liefern.
  • Um die oben genannte Aufgabe zu erfüllen, sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bilden einer Gasdiffusionsschicht für eine Brennstoffzelle vor, die aus Metall hergestellt ist und in der eine große Anzahl von Durchgangslöchern in einer versetzten Weise angeordnet sind, um Brennstoffgas oder Oxidationsgas in einen diffundierten Zustand an eine entsprechende Elektrodenschicht einer Elektrodenstruktur der Brennstoffzelle zu liefern. Das Verfahren verwendet eine Formungsvorrichtung mit einer stationären Schneide, auf das ein Metallblech gelegt wird, und einem Schneidwerkzeug, das gegenüber der stationären Schneide in einer Richtung des Vorschubs des Metallblechs versetzt ist und das in einer Dickenrichtung des Metallblechs ausgefahren und eingezogen wird und sich in einer Breitenrichtung des Metallblechs bewegt, um so das Metallblech zur Ausbildung von Durchgangslöchern zu schneiden, von denen jedes eine gewünschte Form hat und in einer versetzten Weise angeordnet ist. Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt zum Durchführen eines Bearbeitungszyklus über eine Vielzahl von Malen, der aus dem Vorschieben des Metallblechs um einen vorbestimmten Bearbeitungsabstand und dem Ausfahren und Einziehen des Schneidwerkzeugs in der Dickenrichtung des Metallblechs besteht, um so die Durchgangslöcher auszubilden, von denen jedes die gewünschte Form hat, sowie einen zweiten Schritt nach dem ersten Schritt zum Bewegen des Schneidwerkzeugs in der Breitenrichtung des Metallblechs um einen vorbestimmten Abstand und Ausführen des Verarbeitungszyklus über die Vielzahl von Malen und zum nachfolgenden Bewegen des Schneidwerkzeugs um die vorbestimmte Entfernung in einer Richtung, die derjenigen der Bewegung des Schneidwerkzeugs entlang der Breitenrichtung des Metallblechs entgegengesetzt ist. In dem Verfahren werden der erste Schritt und der zweite Schritt wiederholt.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren führen der erste Schritt und der zweite Schritt jeweils eine Vielzahl von Malen den Bearbeitungszyklus durch, der aus dem Vorschieben des Metallblechs um den vorbestimmten Bearbeitungsabstand und dem Schneiden von Durchgangslöchern mittels des Schneidwerkzeugs besteht, um so die Durchgangslöcher, von denen jedes die gewünschte Form hat, präzise zu schneiden. Der erste Schritt und der zweite Schritt werden wiederholt, um so die Gasdiffusionsschicht für eine Brennstoffzelle zu bilden. Die auf diese Weise gebildete Gasdiffusionsschicht für eine Brennstoffzelle hat Durchgangslöcher, die eine gleichmäßige Form aufweisen, und ein Teil der Gasdiffusionsschicht, auf den die Form des Schneidwerkzeugs übertragen wird, d. h. ein gestufter Teil der Gasdiffusionsschicht, kann in der Dicke vergrößert werden und kann daher eine Dicke haben, die zur Durchströmung mit Luft oder Brennstoffgas geeignet ist.
  • Daher kann durch eine Verwendung dieser Gasdiffusionsschicht in einer Brennstoffzelle ein Druckverlust im Zusammenhang mit der Strömung von Luft oder Brennstoffgas durch sie hindurch verringert werden und kann daher eine Elektrodenschicht mit genügend Luft oder Brennstoffgas für eine Elektrodenreaktion beliefert werden. Außerdem kann, da eine große Anzahl von Durchgangslöchern gleichmäßig ausgebildet werden kann, die erzeugte Elektrizität wirkungsvoll aus der Elektrode herausgeleitet werden. Deshalb kann die Brennstoffzelle bei der Erzeugung von Elektrizität einen genügend hohen Wirkungsgrad aufweisen. Außerdem kann, da keine Notwendigkeit zum Ausbilden zum Beispiel von Rillen, von denen jede einen allgemein rechteckigen Querschnitt hat, in der Gasdiffusionsschicht für eine Brennstoffzelle, die Größe der Brennstoffzelle verringert werden. Daher kann die Brennstoffzelle eine Vereinbarkeit eines guten Wirkungsgrads bei der Erzeugung von Elektrizität und einer Verringerung der Größe erzielen.
  • Dieses Verfahren zum Bilden einer Gasdiffusionsschicht für eine Brennstoffzelle kann ferner einen dritten Schritt nach dem zweiten Schritt und vor dem ersten Schritt umfassen, zum Vorschieben des Metallblechs um den vorbestimmten Bearbeitungsabstand und zum Ausfahren und Zurückziehen des Schneidwerkzeugs einmal in der Dickenrichtung des Metallblechs, um so die Durchgangslöcher auszubilden, von denen jedes die gewünschte Form hat, und zum nachfolgenden Bewegen des Schneidwerkzeugs über die vorbestimmte Entfernung in einer Richtung, die derjenigen der Bewegung des Schneidwerkzeugs entlang der Breitenrichtung des Metallblechs entgegengesetzt ist, die im zweiten Schritt nach der Ausführung der Vielzahl von Bearbeitungszyklen durchgeführt wird. In dem Verfahren werden der erste Schritt, der zweite Schritt und der dritte Schritt wiederholt. Gemäß dem Verfahren sind Teile der Gasdiffusionsschicht, die durch die Ausführung des dritten Schritts gebildet werden, in der Dicke kleiner als Teile der Gasdiffusionsschicht, die durch die Ausführung des ersten und des zweiten Schritts gebildet werden. Diese dünneren Teile der Gasdiffusionsschicht erleichtern die Strömung von Luft oder Brennstoffgas, so dass der Druckverlust weiter verringert werden kann.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Darstellung, die einen Brennstoffzellenstapel teilweise zeigt, der Kollektoren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
  • 2 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die einen Separatorkörper der jeweiligen in 1 gezeigten Separatoren zeigt.
  • Die 3A und 3B sind Ansichten zum Erläutern eines Metallgitters, der zum Bilden des Kollektors verwendet wird.
  • 4A ist eine schematische Darstellung, die eine Metallgitterbearbeitungsvorrichtung zum Ausbilden des Metallgitters von 3 zeigt.
  • 4B ist eine Ansicht zum Erläutern der Form eines Klingenschneidwerkzeugs von 4A.
  • Die 5A bis 5D sind schematische Ansichten zum Erläutern eines ersten Schritts zum Bilden des Metallgitters von 3.
  • Die 6A bis 6D sind schematische Ansichten zum Erläutern eines zweiten Schritts zum Ausbilden des Metallgitters von 3.
  • 7 ist eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung zum Erläutern eines Zustands zum Zusammenbau eines Rahmens und einer MEA, die in 1 gezeigt ist.
  • 8 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Metallgitters, das zum Bilden eines Kollektors gemäß einer zweiten Ausführungsform der folgenden Erfindung verwendet wird.
  • 9 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Metallgitters gemäß einer modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Metallgitters gemäß einer anderen modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 11 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Metallgitters gemäß noch einer weiteren modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Beste Art zur Ausführung der Erfindung
  • Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen anhand der Zeichnungen. 1 bezieht sich auf eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zeigt schematisch einen Teil eines Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellenstapels, der Separatoren 10 für eine Brennstoffzelle verwendet (die hiernach einfach als die Separatoren 10 bezeichnet werden). Dieser Brennstoffzellenstapel besteht aus einem Stapel von Zellen. Eine einzelne Zelle weist zwei Separatoren 10, einen Rahmen 20, und eine MEA (Membran-Elektroden-Anordnung) 30 auf. Der Rahmen 20 und die MEA 30 sind sandwichartig zwischen den Separatoren 10 angeordnet. Wenn Brennstoffgas, wie zum Beispiel Wasserstoffgas, und Oxidationsgas, wie zum Beispiel Luft, von der Außenseite des Brennstoffzellenstapels in die Zellen eingeführt werden, kommt es in den MEA 30 zu Elektrodenreaktionen, wodurch Elektrizität erzeugt wird. Hiernach kann Brennstoffgas und Oxidationsgas allgemein als Gas bezeichnet werden. Oxidationsgas kann zum Abführen Wärme, die im Zusammenhang mit den Elektrodenreaktionen in den MEA 30 erzeugt wird, und zum Aufrechterhalten eines entsprechenden Wassergehalts in den MEA 30 Wasserdampf enthalten.
  • Der Separator 10 weist einen Separatorkörper 11 auf, der in eine allgemein quadratische Form einer flachen Platte geformt ist und dazu ausgelegt ist, einen gemischten Fluss von Gasen, die in den Brennstoffzellenstapel eingeführt werden, zu verhindern, sowie einen Kollektor 12 zum gleichmäßigen Diffundieren von außen zugeführten Brennstoffgases oder Oxidationsgases an die MEA 30 und zum Sammeln der durch die Elektrodenreaktionen erzeugten Elektrizität. Wie aus 2 hervorgeht, ist der Separatorkörper 11 aus einem Metallblech (z. B. einem Edelstahlblech mit einer Dicke von ungefähr 0,1 mm) geformt. Ein weiteres anwendbares Metallblech ist zum Beispiel ein Stahlblech, das einer Rostschutzbehandlung, wie zum Beispiel einer Goldbeschichtung, unterzogen wurde.
  • Zwei Gaseinlässe 11a und zwei Gasauslässe 11b sind in einem Randbereich des Separatorkörpers 11 in einer solchen Weise ausgebildet, dass die Gaseinlässe 11a den entsprechenden Gasauslässen 11b gegenüberliegen. Ein aus einem Gaseinlass 11a und einem Gasauslass 11b bestehendes Paar ist allgemein im rechten Winkel zu dem anderen aus dem Gaseinlass 11a und dem Gasauslass 11b bestehenden Paar ausgerichtet. Jeder der Gaseinlässe 11a nimmt die Form eines länglichen Durchgangslochs an und erlaubt es Brennstoffgas oder Oxidationsgas, das von außen in den Brennstoffzellenstapel eingebracht wird, durch sie in die entsprechende Zelle eingeführt werden und durch sie hindurchzufließen, um so an die anderen gestapelten Zellen geliefert zu werden. Jeder der Gasauslässe 11b nimmt ebenfalls die Form eines länglichen Durchgangslochs an und erlaubt, dass durch es hindurch Gas aus dem Brennstoffzellenstapel nach außen entlassen wird, das in die entsprechende Zelle eingeführt wurde, jedoch in der MEA 30 unreagiert bleibt, sowie auch dass unreagiertes Gas von anderen gestapelten Zellen durch es hindurchfließt, um aus dem Brennstoffzellenstapel heraus ausgelassen zu werden.
  • Wie in 3A gezeigt, ist der Kollektor 12 aus einem Metallblech mit einer großen Anzahl allgemein sechseckiger, einen kleinen Durchmesser aufweisender Durchgangslöcher ausgebildet, die in einer gitterartigen Anordnung ausgebildet sind (Hiernach wird dieses Metallblech als ein Metallgitter MR bezeichnet). Dieses Metallgitter MR ist aus einem Metallblech (z. B. einem Edelstahlblech) mit einer Dicke von ungefähr 0,1 mm ausgebildet und eine große Anzahl von Durchgangslöchern ist in ihm ausgebildet, von denen jedes einen Durchmesser von ungefähr 0,1 mm bis 1 mm hat. Wie in 3B gezeigt, die eine Seitenansicht von 3A ist, ist das Metallgitter MR so, dass Teile, welche die Durchgangslöcher in einer gitterartigen Anordnung bilden, in sich überlagernder Weise aufeinanderfolgend aneinandergereiht sind, wodurch sie einen stufenartigen Querschnitt haben. Das Metallgitter MR wird durch den folgenden Metallgitterformungsprozess hergestellt, bei dem es sich um ein Verfahren zum Formen einer Gasdiffusionsschicht zur Verwendung in einer Brennstoffzelle handelt.
  • Der Metallgitterformungsprozess verwendet eine Metallgitterbearbeitungsvorrichtung R, die in 4A schematisch gezeigt ist und formt eine große Anzahl von Durchgangslöchern in einem Edelstahlblech S in einer gitterartigen und gestuften Anordnung. Die Metallgitterbearbeitungsvorrichtung R weist eine Zuführwalze OR zum Zuführen des Edelstahlblechs S, einen Haltemechanismus OK zum entsprechenden Fixieren des Edelstahlblechs S während der Bearbeitung sowie ein Schneidwerkzeug H zum nacheinander Scheren des Edelstahlblechs S auf, um in ihm Durchgangslöcher in einer gitterartigen, versetzten Anordnung auszubilden. Das Edelstahlblech S kann die Form eines zugeschnittenen Blechs mit einer vorbestimmten Länge oder die Form einer Rolle annehmen.
  • Das Schneidwerkzeug H besteht aus einer unteren Klinge SH, die als ein stationäres Schneidwerkzeug dient und auf einer nicht gezeigten Basis befestigt ist, und auf die das Edelstahlblech S gelegt wird, und einer oberen Klinge UH, die als ein Schneidwerkzeug dient und in einer Dickenrichtung des Edelstahlblechs S (in einer senkrechten Richtung in 4A) und in einer Breitenrichtung des Edelstahlblechs S (in einer Richtung senkrecht zum Papier, auf dem 4A erscheint) bewegt werden kann. Wie in 4B gezeigt, hat die untere Klinge SH eine flache obere Oberfläche, um auf diese Weise das Edelstahlblech S in Zusammenwirkung mit dem Haltemechanismus OK zu fixieren. Die obere Klinge UH hat mehrere allgemein trapezförmige Schneidkanten zum Ausbilden von Schnitten im Edelstahlblech S in einer versetzten Anordnung durch Scheren und zum Ausbilden allgemein sechseckiger Durchgangslöcher im Edelstahlblech S durch Ziehen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform besteht der Metallgitterformungsprozess, der die auf diese Weise konfigurierte Metallgitterbearbeitungsvorrichtung R verwendet, aus zwei Schritten; d. h. einem ersten Schritt und einem zweiten Schritt. Im ersten Schritt wird die obere Klinge UH in einer vorbestimmten Position entlang einer Breitenrichtung des Edelstahlblechs S angeordnet (hiernach wird diese vorbestimmte Position als die erste Bearbeitungsposition bezeichnet) und bildet allgemein sechseckige Durchgangslöcher im Edelstahlblech S aus. Im zweiten Schritt wird die obere Klinge UH in einer Position angeordnet (hiernach wird diese Position als die zweite Bearbeitungsposition bezeichnet), die in einem vorbestimmten Abstand (z. B. der Hälfte des Abstands zwischen dem trapezförmigen Schneidkanten) von der ersten Bearbeitungsposition entlang der Breitenrichtung des Edelstahlblechs S entfernt ist und bildet allgemein sechseckige Durchgangslöcher im Edelstahlblech S aus. Der Metallgitterformungsprozess wird unten anhand der 5 und 6 beschrieben.
  • Zuerst führt, wie in 5A gezeigt, im ersten Schritt, während die obere Klinge UH an der ersten Bearbeitungsposition angeordnet ist, die Zuführwalze OR das Edelstahlblech S zum Klingenschneidwerkzeug H über eine vorbestimmte Bearbeitungslänge (Bearbeitungsabstand) vor. Dann wird, wie in 5B bezeigt, die obere Klinge UH zur unteren Klinge SH abgesenkt, d. h. wird entlang der Dickenrichtung des Edelstahlblechs S abgesenkt, um so das Edelstahlblech S teilweise abzuscheren und auf diese Weise Schnitte in einer versetzten Anordnung durch die Zusammenwirkung zwischen den allgemein trapezförmigen Schneidkanten der oberen Klinge UH und der unteren Klinge SH auszubilden. Nachfolgend wird die obere Klinge UH weiter zum Tiefpunkt ihres Hubs abgesenkt, wodurch Teile des Edelstahlblechs S, die mit den Schneidkanten der oberen Klinge UH in Kontakt sind, nach unten gebogen und gezogen werden. Nachfolgend kehrt die obere Klinke UH, wie in 5C gezeigt, zu ihrer ursprünglichen oberen Position ihres Hubs, d. h. der ersten Bearbeitungsposition, zurück. Auf diese Weise wird die Form der
  • Schneidkanten der oberen Klinge UH auf die bearbeiteten Teile des Edelstahlblechs S übertragen.
  • Nachfolgend schiebt die Vorschubwalze OR das Edelstahlblech S wieder um den Bearbeitungsabstand zur oberen Klinge UH vor, die in die erste Bearbeitungsposition zurückgekehrt ist, und wird die obere Klinge UH so betrieben, wie in den 5B und 5C gezeigt. Durch Wiederholen der Ausführung des Bearbeitungszyklus, der in den 5A bis 5C dargestellt ist, (in der vorliegenden Ausführungsform die Ausführung von zwei Bearbeitungszyklen) überträgt die obere Klinge UH an der ersten Bearbeitungsposition die Form ihrer Schneidkanten auf das Edelstahlblech S in denjenigen Positionen, die voneinander um den Bearbeitungsabstand entfernt sind. Das heißt, dass als ein Ergebnis dessen, dass der Bearbeitungszyklus zwei Mail am Edelstahlblech S ausgeführt wird, die Form der Schneidkanten der oberen Klinge UH zweimal auf das Edelstahlblech S übertragen wird, wodurch eine stufenartige Form des Metallgitters MR ausgebildet wird, wie in 5D gezeigt. Die Anzahl von Bearbeitungszyklen, die auszuführen ist, ist nicht auf zwei eingeschränkt, sondern der Bearbeitungszyklus kann auch drei oder mehr Mal ausgeführt werden.
  • Nachfolgend auf die oben angegebene Ausführung des ersten Schritts wird der zweite Schritt ausgeführt. Insbesondere bewegt sich im zweiten Schritt zuerst, wie in 6A gezeigt, die obere Klinge UH in die zweite Bearbeitungsposition. Während die obere Klinge UH in der zweiten Bearbeitungsposition angeordnet ist, schiebt die Vorschubwalze OR das Edelstahlblech S um den Bearbeitungsabstand zum Klingenschneidwerkzeug H vor. Dann wird, wie in 6B gezeigt, die obere Klinge UH zur unteren Klinge SH abgesenkt, d. h. wird entlang der Dickenrichtung des Edelstahlblechs S abgesenkt, wodurch das Edelstahlblech S teilweise abgeschert wird und auf diese Weise durch die Zusammenwirkung zwischen den allgemein trapezförmigen Schneidkanten der oberen Klinge UH und der unteren Klinge SH Schnitte in einer versetzten Anordnung ausgebildet werden. Nachfolgend wird die obere Klinge UH weiter zum untersten Punkt ihres Hubs abgesenkt, wodurch Teile des Edelstahlblechs, die mit den Schneidkanten der oberen Klinge UH in Kontakt sind, nach unten gebogen und gezogen werden. Nachfolgend kehrt, wie in 6C gezeigt, die obere Klinge UH in ihre ursprüngliche obere Position des Hubs, d. h. die zweite Bearbeitungsposition, zurück. Auf diese Weise wird die Form der
  • Schneidkanten der oberen Klinge UH auf die bearbeiteten Teile des Edelstahlblechs S übertragen.
  • Nachfolgend schiebt die Zuführwalze OR das Edelstahlblech S wieder um den Bearbeitungsabstand zur oberen Klinge UH vor, die zur zweiten Bearbeitungsposition zurückgekehrt ist, und wird die obere Klinge UH, wie in den 6B und 6C gezeigt, betrieben. Durch eine wiederholte Ausführung des Bearbeitungszyklus, der in den 6A bis 6C dargestellt ist (in der vorliegenden Ausführungsform werden zwei Bearbeitungszyklen ausgeführt) überträgt die obere Klinge UH in der zweiten Bearbeitungsposition die Form ihrer Schneidkanten in denjenigen Positionen auf das Edelstahlblech S, die durch den Bearbeitungsabstand voneinander versetzt sind. Das heißt, dass als ein Ergebnis dessen, dass der Bearbeitungszyklus zweimal am Edelstahlblech S ausgeführt wird, die Form der Schneidkanten der oberen Klinge UH zweimal auf das Edelstahlblech S übertragen wird, wodurch eine stufenartige Form des Metallgitters MR ausgebildet wird, wie in 6D gezeigt. Die Anzahl von Bearbeitungszyklen, die auszuführen ist, ist nicht auf zwei eingeschränkt, sondern der Bearbeitungszyklus kann auch drei oder mehr Mal ausgeführt werden.
  • Wenn der Bearbeitungszyklus im zweiten Schritt zweimal ausgeführt wird, bewegt sich die obere Klinge UH von der zweiten Bearbeitungsposition, die in 6A gezeigt ist, zur ersten Bearbeitungsposition, die in 5A gezeigt ist. Der erste Schritt wird wieder ausgeführt. Wenn der Bearbeitungszyklus zweimal im ersten Schritt ausgeführt wird, bewegt sich die obere Klinge UH von der ersten Bearbeitungsposition, die in 5A gezeigt ist, zur zweiten Bearbeitungsposition, die in 6A gezeigt ist. Der zweite Schritt wird wieder ausgeführt. Auf diese Weise wird durch ein wiederholtes Ausführen des ersten Schritts und des zweiten Schritts der in 3A gezeigte Metallgitter geformt. Eine zweimalige Ausführung des Bearbeitungszyklus jeweils im ersten und zweiten Schritt erhöht die Dicke der gestuften Teile des Metallgitters MR, der in 3B gezeigt ist, d. h. eine Dicke L des Metallgitters MR.
  • Das Metallgitter MR wird so geschnitten, dass er vorbestimmte Produktabmessungen aufweist; insbesondere eine quadratische Form, welche dieselbe Größe wie eine Anodenelektrodenschicht AE oder eine Kathodenelektrodenschicht CE der MEA 30 hat, die später noch beschrieben wird, wodurch er zum Kollektor 12 geformt wird.
  • Der Kollektor 12 wird am Separatorkörper 11 befestigt, wodurch der Separator 10 geformt wird. Dieser Prozess des Befestigens der Kollektors 12 wird unten kurz beschrieben. Der Kollektor 12 wird in einem allgemein mittigen Bereich des Separatorkörpers 11 abgelegt. Der Separtor 11 und der Kollektor 12 werden zum Beispiel durch Hartlöten an Kontaktteilen zwischen ihnen metallisch miteinander verbunden.
  • Insbesondere wird ein erstes pastenartiges Hartlötmaterial, zum Beispiel Kupfer oder Nickel, auf dem Kollektor 12 angebracht. Der Kollektor 12, der mit dem Hartlötmaterial beschichtet ist, wird an einer vorbestimmten Position vorläufig auf dem Separatorkörper 11 befestigt. Als Nächstes wird in einer Reduktionsgasatmosphäre diese vorläufige Anordnung des Separatorkörpers 11 und des Kollektors 12 über einen vorbestimmten Zeitraum auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt und dann abgekühlt. Hierdurch werden der Separatorkörper 11 und der Kollektor 12 metallisch miteinander verbunden.
  • Ein Verfahren zum metallischen Verbinden des Separatorkörpers 11 und des Kollektors 12 ist nicht auf Hartlöten eingeschränkt. Zum Beispiel kann das metallische Zusammenfügen des Separatorkörpers 11 und des Kollektors 12 auch durch Verschweißen oder Diffusionskontaktherstellung geschehen.
  • Wie in 7 gezeigt, besteht ein Rahmen 20 aus zwei Kunstharzplattenteilen 21 und 22 desselben Aufbaus. Eine Seite jedes Kunstharzplattenkörpers 21 und 22 ist am entsprechenden Separator 10 (spezifischer am Separatorkörper 11) befestigt. Die Kunstharzplattenkörper 21 und 22 haben Außenabmessungen, die allgemein mit denjenigen des Separatorkörpers 11 identisch sind, sowie eine Dicke, die geringfügig kleiner als die Formungshöhe des Kollektors 12, d. h. die Dicke L des Metallgitters MR, ist. Die Kunstharzplattenkörper 21 und 22 sind in einer solchen Weise in Schichten angeordnet, dass sie sich um ungefähr 90° in der waagrechten Winkelausrichtung unterscheiden. Verschiedene Kunstharzmaterialien können zum Ausbilden der Kunstharzplattenkörper 21 und 22 verwendet werden. Insbesondere wird Epoxidharzglas bevorzugt.
  • Durchgangslöcher 21a und 21b, die dem Gaseinlass 11a bzw. dem Gasauslass 11b entsprechen und allgemein ähnlich wie diese geformt sind, sind in einem Randbereich des Kunstharzplattenkörpers 21 ausgebildet, und Durchgangslöcher 22a und 22b, die dem Gaseinlass 11a bzw. dem Gasauslass 11b entsprechen und allgemein ähnlich wie diese geformt sind, sind in einem Randbereich des Kunstharzplattenkörpers 22 ausgebildet. In einem Zustand, in dem eine einzelne Zelle gebildet wird, treffen die Durchgangslöcher 21a, 21b, 22a und 22b in ihrer Position mit den entsprechenden Gaseinlässen 11a und Gasauslässen 11b der Separatorkörper 11 zusammen. Unterbringungsausnehmungen 21c und 22c zum Unterbringen der entsprechenden Kollektoren, die mit den Separatorkörpern 11 zusammengefügt sind, sind in allgemein mittigen Bereichen der Kunstharzplattenkörper 21 bzw. 22 ausgebildet. Die Unterbringungsausnehmung 21c des Kunstharzplattenkörpers 21 steht mit dem aus dem Gaseinlass 11a und dem Gasauslass 11b bestehenden Paar eines jeden der beiden Separatorkörper 11 und mit den Durchgangslöchern 22a und 22b des Kunstharzplattenkörpers 22 in Kommunikation, während die Unterbringungsausnehmung 22c des Kunstharzplattenkörpers 22 mit dem anderen aus dem Gaseinlass 11a und dem Gasauslass 11b eines jeden der beiden Separatorkörpers 11 bestehenden Paar und mit den Durchgangslöchern 21a und 21b des Kunstharzplattenkörpers 21 in Kommunikation steht.
  • Als ein Ergebnis der Bildung der Unterbringungsausnehmung 21c (22c) definieren die untere Oberfläche (obere Oberfläche) des befestigten Separatorkörpers 11, die innen umlaufende Oberfläche der Unterbringungsausnehmung 21c (22c) und die obere Oberfläche (untere Oberfläche) der MEA 30 einen Raum (der hiernach als ein Gasströmungsraum bezeichnet wird). Zum Beispiel kann Brennstoffgas in den Gasströmungsraum, der mit der Unterbringungsausnehmung 21c zusammenhängt, durch einen Gaseinlass 11a eingeführt werden, während Oxidationsgas in den mit der Unterbringungsausnehmung 22c zusammenhängenden Gasströmungsraum durch den anderen Gaseinlass 11a und durch das Durchgangsloch 21a eingeführt werden kann. Außerdem kann nicht reagiertes Gas, das durch einen Gasströmungsraum gelangt ist, aus dem Brennstoffzellenstapel durch einen Gasauslass 11b entlassen werden, während unreagiertes Gas, das durch den anderen Gasströmungsraum gelangt ist, durch das Durchgangsloch 21b und durch den anderen Gasauslass 11b aus dem Brennstoffzellenstapel herausgeführt werden kann. Bei der Bildung der Durchgangslöcher 21a und 21b und der Unterbringungsausnehmung 21c in Kunstharzplattenkörper 21 sowie der Durchgangslöcher 22a und 22b und der Unterbringungsausnehmung 22c in Kunstharzplattenkörper 22, werden die Kunstharzplattenkörper 21 und 22, deren Dicke kontrolliert wird, zum Beispiel einem Stanzvorgang unterzogen. Alternativ dazu können die Kunstharzplattenkörper 21 (22) zum Beispiel durch Spritzgießen geformt werden, so dass die Durchgangslöcher 21a und 21b (22a und 22b) und die Unterbringungsausnehmung 21c (22c) darin ausgebildet werden.
  • Wie in den 1 und 7 gezeigt, ist die MEA 30, die als eine Elektrodenstruktur dient, so konfiguriert, dass vorbestimmte Katalysatorschichten auf entsprechenden Seiten einer Elektrolytmembran EF gebildet werden; spezifischer wird eine Anodenelektrodenschicht AE auf einer Seite gebildet, die zum Gasströmungsraum zeigt, in den das Brennstoffgas eingeführt wird, und eine Kathodenelektrodenschicht CE auf der Seite gebildet, die zum Gasströmungsraum zeigt, in den das Oxidationsgas eingeführt wird.
  • Da Aktionen (Elektrodenreaktionen) der Elektrodenmembran EF, der Anodenelektrodenschicht AE und der Kathodenelektrodenschicht CE die vorliegende Erfindung nicht direkt betreffen, wird ihre detaillierte Beschreibung hier weggelassen. Die Größe der Elektrolytmembran EF wird so festgelegt, dass sie größer als eine allgemein quadratische Öffnung ist, die gebildet wird, wenn die Kunstharzplattenkörper 21 und 22 des Rahmens 20 aufeinandergelegt werden, und damit die Durchgangslöcher 21a und 21b und die Durchgangslöcher 22a und 22b nicht bedeckt werden, wenn die Elektrolytmembran EF zwischen den Kunstharzplattenkörpern 21 und 22 sandwichartig angeordnet wird. Eine solche Ausbildung der Elektrolytmembran EF verhindert eine Leckage von Gas, das in einen Gasströmungsraum eingeführt wird, in den anderen Gasströmungsraum. Die Anodenelektrodenschicht AE und die Kathodenelektrodenschicht CE sind in ihrer Größe geringfügig kleiner als die allgemein quadratische Öffnung, die gebildet wird, wenn die Kunstharzplattenkörper 21 und 22 des Rahmens 20 aufeinander gelegt werden.
  • Eine freiliegende Oberfläche von jeweils der Anodenelektrodenschicht AE und der Kathodenelektrodenschicht CE der MEA 30 ist mit einem Kohlenstofftuch CC bedeckt, das aus elektrisch leitfähiger Faser gebildet ist. Das Kohlenstofftuch CC liefert eine große Kontaktfläche zwischen dem Kollektor 12 und der Anodenelektrodenschicht AE oder der Kathodenelektrodenschicht CE und gleicht Abmessungsfehler der Komponenten aus, wenn eine einzelne Zelle gebildet wird. Die MEA 30 kann auch ohne Verwendung der Kohlenstofftücher CC gebildet werden.
  • Eine einzige Zelle wird durch Anordnen des Rahmens 20 und der MEA 30 zwischen den beiden Separatoren 10 in Schichten gebildet, von denen jeder durch metallisches Verbinden des Separatorkörpers 11 und des Kollektors 12 gebildet wird. Insbesondere ist die MEA 30 zwischen den Kunstharzplattenkörpern 21 und 22 angeordnet, die in einer solchen Weise angeordnet sind, dass sie sich in ihrer waagrechten Winkelausrichtung um ungefähr 90° unterscheiden. Die auf diese Weise angeordneten Elemente werden zum Beispiel durch die Anwendung von Klebstoff zusammengefügt, so dass die Elektrolytmembran EF der MEA 30 sandwichartig zwischen den Kunstharzplattenkörpern 21 und 22 angeordnet ist. Die beiden Separatoren 10 sind zum Beispiel durch die Anwendung eines Klebstoffs an der resultierenden Anordnung des Rahmens 20 und der MEA 30 befestigt. Zu dieser Zeit sind die beiden Kollektoren 12 in entsprechenden Unterbringungsausnehmungen 21c und 22c des Rahmens 20 in einer solchen Weise untergebracht, dass die Formungsrichtung eines jeden der beiden Kollektoren 12 (insbesondere das Metallgitter MR) mit der Strömungsrichtung des in den entsprechenden Gaseinführraum eingeführten Gases übereinstimmt. Eine große Anzahl der auf diese Weise gebildeten Zellen wird zu einem Brennstoffzellenstapel gestapelt.
  • Bei dem in dieser Weise konfigurierten Brennstoffzellenstapel, wie in 1 gezeigt, stehen die Gaseinlässe 11a miteinander über die Durchgangslöcher 21a oder 22a der Rahmen 20 und die Gasauslässe 11b durch die Durchgangslöcher 21b oder 22b der Rahmen 20 miteinander in Verbindung. Deshalb wird hiernach ein Kommunikationsdurchgang, der durch die Gaseinlässe 11a für die entsprechenden Zellen und die Durchgangslöcher 21a und 22a der Rahmen 20 gebildet wird, als ein Gaszufuhr-Innenverteiler bezeichnet, und ein Kommunikationsdurchgang, der durch die Gasauslässe 11b von den verschiedenen Zellen und die Durchgangslöcher 21b und 22b der Rahmen 20 gebildet wird, als Gasauslass-Innenverteiler bezeichnet. Der Gaszufuhr-Innenverteiler und der Gasauslass-Innenverteiler werden kollektiv als der innere Verteiler bezeichnet.
  • Wenn Brennstoffgas oder Oxidationsgas unter Druck durch den Gaszufuhr-Innenverteiler geliefert wird, wird das gelieferte Brennstoffgas oder Oxidationsgas jeweils in die Gasströmungsräume eingeführt. Wegen des Kollektors 12 wird das auf diese Weise eingeführte Brennstoffgas oder Oxidationsgas entsprechend diffundiert und fließt mit einem gleichmäßigen Gaskonzentrationsgefälle durch den Gasströmungsraum.
  • Der Kollektor 12 ist aus dem Metallgitter MR gebildet, indem eine große Anzahl kleiner Durchgangslöcher in einer gitterförmigen Anordnung ausgebildet sind. Das Metallgitter MR ist in einer solchen Weise gebildet, dass er eine große Dicke L hat. Aufgrund der großen Dicke L kann in einem solchen Zustand, in dem der Kollektor 12 im Gasströmungsraum untergebracht ist, Gas durch den Gasströmungsraum diffundieren, während es durch eine große Anzahl der kleinen Durchgangslöcher gelangt. Auf diese Weise wird das Gaskonzentrationsgefälle im Gasströmungsraum gleichmäßig und wird die gesamte Oberfläche jeweils der Anodenelektrodenschicht AE und der Kathodenelektrodenschicht CE zu einem Elektrodenreaktionsbereich. Hieraus ergibt sich, da ein effektiver Elektrodenreaktionsbereich größer wird, dass Elektrodenreaktionen wirksam zwischen der Anodenelektrodenschicht AE oder der Kathodenelektrodenschicht CE und dem zugeführten Brennstoffgas bzw. Oxidationsgas erfolgen, wodurch der Elektrodenreaktionswirkungsgrad beträchtlich verbessert wird. Da zugeführtes Gas effektiv genutzt werden kann, wird die Menge an unreagiertem Gas kleiner. Daher kann die Brennstoffzelle Elektrizität effizient erzeugen.
  • Aufgrund der Verleihung einer großen Dicke L für den Kollektor 12, d. h. das Metallgitter MR, wird eine hervorragende Gasdiffusionsfähigkeit erzielt, wie oben erwähnt, und kann der Widerstand des Gases, d. h. der Druckverlust, im Zusammenhang mit dem Strömen durch den Gasströmungsraum verringert werden. Außerdem kann in den Gasströmungsraum eingeführtes Gas in seinem Widerstand im Zusammenhang mit dem Gelangen durch eine große Anzahl gleichmäßig geformter kleiner Durchgangslöcher verringert werden. Auf diese Weise kann Gas ungehindert durch den Gasströmungsraum fließen, wodurch die Reaktion zwischen dem Gas und jeder der Anodenelektrodenschicht AE und der Kathodenelektrodenschicht CE beschleunigt werden. Deswegen kann die Brennstoffzelle einen verbesserten Wirkungsgrad bei der Erzeugung von Elektrizität erzielen.
  • Eine Verbesserung des Wirkungsgrads der Elektrodenreaktionen führt zu einer wirkungsvollen Erzeugung von Elektrizität in der MEA 30. Die erzeugte Elektrizität wird über die Kollektoren 12 und die Separatorkörper 11 aus der Brennstoffzelle herausgeleitet. In diesem Zusammenhang wird, da eine große Anzahl kleiner Durchgangslöcher im Kollektor 12 ausgebildet ist, die Oberfläche pro Volumenseinheit, d. h. die Kontaktfläche zwischen dem Kollektor 12 und der MEA 30, groß. Durch das Bereitstellen einer großen Kontaktfläche zwischen dem Kollektor 12 und der MEA 30 kann der Widerstand im Zusammenhang mit dem Sammeln der Elektrizität, die in der MEA 30 erzeugt wird, (der Elektrizitätssammelwiderstand) beträchtlich verringert werden, so dass die erzeugte Elektrizität wirkungsvoll, d. h. mit einem hohen Elektrizitätssammelwirkungsgrad, gesammelt werden kann.
  • Wie aus der oben gegebenen Beschreibung hervorgeht, werden gemäß der ersten Ausführungsform die Kollektoren 12 in der Art einer flachen Platte, die jeweils aus dem Metallgitter MR gebildet werden, in der Brennstoffzelle verwendet, wodurch ein Druckverlust im Zusammenhang mit dem Strömen von Gas verringert werden kann und für die Elektrodenreaktionen benötigtes Gas in ausreichender Menge an die MEA 30 geliefert werden. Da eine große Anzahl von Durchgangslöchern gleichmäßig in den Kollektoren 12 gebildet werden kann, kann die erzeugte Elektrizität wirkungsvoll aus der Brennstoffzelle herausgeleitet werden. Diese Merkmale ermöglichen es der Brennstoffzelle, bei der Erzeugung von Elektrizität einen genügend hohen Wirkungsgrad bereitzustellen. Da keine Notwendigkeit zur Ausbildung von Rillen, von denen jede einen allgemein rechteckigen Querschnitt hat, in den Kollektoren 12 besteht, kann die Größe der Brennstoffzelle verringert werden. Daher kann die Brennstoffzelle eine Vereinbarkeit eines guten Wirkungsgrads beim Erzeugen der Elektrizität und einer Verringerung der Größe erzielen.
  • Nach der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird das zum Bilden des Kollektors 12 verwendete Metallgitter MR durch den Metallgitter- Formungsprozess hergestellt, indem der erste Schritt und der zweite Schritt wiederholt ausgeführt werden. Nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Metallgitter MR durch einen Metaligitter-Formungsprozess hergestellt, der aus dem oben beschriebenen ersten und zweiten Schritt sowie einem dritten Schritt besteht. Die zweite Ausführungsform wird im Folgenden im Einzelnen beschrieben. Bei der Beschreibung der zweiten Ausführungsform werden gleiche Merkmale mit der ersten und der zweiten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und ihre wiederholte Beschreibung weggelassen.
  • Wie in dem Fall der oben beschriebenen ersten Ausführungsform verwendet der Metallgitter-Formungsprozess der zweiten Ausführungsform die Metallgitter-Bearbeitungsvorrichtung R und formt im Edelstahlblech S eine große Anzahl von Durchgangslöchern in einer gitterartigen Anordnung. Insbesondere wird nach der Durchführung des ersten Schrittes, bei dem der oben erwähnte Bearbeitungszyklus zweimal wiederholt wird, während die obere Klinge UH in der ersten Bearbeitungsposition angeordnet ist, der zweite Schritt ausgeführt, bei dem die obere Klinge UH von der ersten Bearbeitungsposition zur zweiten Bearbeitungsposition bewegt wird und der Bearbeitungszyklus zweimal wiederholt wird, wobei die obere Klinge UH in der zweiten Bearbeitungsposition angeordnet ist. Der Metallgitter-Formungsprozess der zweiten Ausführungsform führt den dritten Schritt nach der Ausführung des zweiten Schrittes aus. Insbesondere wird die obere Klinge UH von der Bearbeitungsposition des zweiten Schritts in einer Richtung bewegt, die derjenigen der vorhergehenden Bewegung entlang der Breitenrichtung des Edelstahlblechs S entgegengesetzt ist; d. h. in diesem Fall von der zweiten Bearbeitungsposition in die erste Bearbeitungsposition. In der ersten Bearbeitungsposition wird der Bearbeitungszyklus einmal ausgeführt.
  • Das heißt, dass in dem dritten Schritt des vorliegenden Falles, während die obere Klinge UH in der ersten Bearbeitungsposition angeordnet ist, die Zuführwalze OR das Edelstahlblech S zum Klingenschneidwerkzeug H um die vorbestimmte Bearbeitungslänge (den Bearbeitungsabstand) vorschiebt. Dann wird die obere Klinge UH zur unteren Klinge SH abgesenkt, d. h. wird entlang der Dickenrichtung des Edelstahlblechs S abgesenkt, wodurch sie das Edelstahlblech S teilweise abschert und auf diese Weise Schnitte in einer versetzten Anordnung durch eine Zusammenarbeit zwischen den allgemein trapezförmigen Schneidkanten der oberen Klinge und der unteren Klinge SH ausbildet. Nachfolgend wird die obere Klinge UH weiter bis zum Tiefpunkt ihres Hubs abgesenkt, wodurch Teile des Edelstahlblechs S, die mit den Schneidkanten der oberen Klinge UH in Kontakt sind, nach unten gebogen und gezogen werden. Nachfolgend kehrt die obere Klinge UH in ihre ursprüngliche obere Position des Hubs, d. h. die erste Bearbeitungsposition, zurück. Auf diese Weise wird die Form der Schneidkanten der oberen Klinge UH auf die bearbeiteten Teile des Edelstahlblechs S übertragen.
  • Nachdem die obere Klinge UH in die ursprüngliche Position (in diesem Fall die erste Bearbeitungsposition) zurückgekehrt ist, wird die obere Klinge UH in einer Richtung bewegt, die derjenigen der vorhergehenden Bewegung entlang der Breitenrichtung des Edelstahlblechs S entgegengesetzt ist, d. h. in diesem Fall von der ersten Bearbeitungsposition zur zweiten Bearbeitungsposition, bei der die Ausführung des dritten Schrittes abgeschlossen wird. Nachfolgend, während die obere Klinge UH in der zweiten Bearbeitungsposition angeordnet ist, wird der erste Schritt ausgeführt. Das heißt, dass der erste Schritt, der nach dem dritten Schritt auszuführen ist, so ist, dass, während die obere Klinge UH an der zweiten Bearbeitungsposition angeordnet ist, der Bearbeitungszyklus zweimal durchgeführt wird. Der zweite Schritt, der nach diesem ersten Schritt auszuführen ist, ist so, dass, während die obere Klinge UH an der ersten Bearbeitungsposition angeordnet ist, der Bearbeitungszyklus zweimal durchgeführt wird. In diesem Fall ist der dritte Schritt so, dass, während die obere Klinge UH in der zweiten Bearbeitungsposition angeordnet ist, der Bearbeitungszyklus einmal durchgeführt wird. Auf diese Weise alterniert bei der Herstellung des Metallgitters MR durch den Metallgitter-Formungsprozess der zweiten Ausführungsform die Bearbeitungsposition, in der die obere Klinge UH mit der Bearbeitung beginnt, bei jedem Schritt zwischen der ersten Bearbeitungsposition und der zweiten Bearbeitungsposition.
  • Als Ergebnis dessen, dass der Metallgitter-Formungsprozess den dritten Schritt enthält, wie in 8 gezeigt, hat das Metallgitter MR die folgende stufenartige Form: ein Teil, in dem die Form der Schneidkanten zweimal übertragen wird (hiernach als Zweistufenteil bezeichnet), und einen Teil, in dem die Form der Schneidkanten einmal übertragen wird (hiernach als Einstufenteil bezeichnet) treten alternierend auf. Auf diese Weise wird der Einstufenteil kleiner in der Dicke als der Zweistufenteil. In einem Zustand, in dem der Kollektor 12 mit dem Separatorkörper 11 verbunden ist, wie oben in der Beschreibung der ersten Ausführungsform erwähnt, wird zwischen diesen bei den Einstufenteilen ein Zwischenraum gebildet. Die Bildung eines solchen Zwischenraums zwischen dem Separatorkörper 11 und dem Kollektor 12 verringert den Druckverlust im Zusammenhang mit der Strömung von Gas weiter. Weitere Auswirkungen der zweiten Ausführungsform sind ähnlich denjenigen der ersten Ausführungsform.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt. Zahlreiche Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind möglich. Zum Beispiel werden die erste und die zweite Ausführungsform beschrieben, während das Metallgitter MR erwähnt wird, in dem allgemein sechseckige Durchgangslöcher ausgebildet werden. Die in dem Metallgitter MR ausgebildeten Durchgangslöcher können jedoch auch verschiedene andere Formen annehmen, wie in den 9 bis 11 gezeigt. Selbst in diesem Fall kann die Verwendung des Metallgitter-Formungsprozesses der ersten und der zweiten Ausführungsform dem Metallgitter MR eine entsprechende Dicke verleihen. Als ein Ergebnis kann der Druckverlust des in den Gaseinführraum eingeführten Gases verringert werden und die erzeugte Elektrizität wirkungsvoll gesammelt werden. Das heißt, dass Auswirkungen, die denjenigen der ersten und der zweiten Ausführungsform ähnlich sind, erzielt werden können.
  • Gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform sind der Kollektor 12 und der Separatorkörper 11 metallisch miteinander verbunden. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch realisiert werden, ohne dass der Kollektor 12 und der Separatorkörper 11 metallisch miteinander verbunden werden.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung kann auf ein Verfahren zum Bilden einer Gasdiffusionsschicht aus Metall zur Verwendung in einer Brennstoffzelle angewendet werden.
  • Zusammenfassung
  • Ein Kollektor 12, der als eine Gasdiffusionsschicht für eine Brennstoffzelle dient, d. h. ein Metallgitter MR, wird durch ein Verfahren geformt, das aus einem ersten Schritt und einem zweiten Schritt besteht. Im ersten Schritt, während die obere Klinge UH in einer ersten Bearbeitungsposition entlang der Breitenrichtung eines Edelstahlblechs S angeordnet ist, werden allgemein sechseckige Durchgangslöcher im Edelstahlblech S an zwei Positionen ausgebildet, die voneinander um einen Bearbeitungsabstand versetzt sind. Im zweiten Schritt, während die obere Klinge UH an der zweiten Bearbeitungsposition entlang der Breitenrichtung des Edelstahlblechs S angeordnet ist, werden allgemein sechseckige Durchgangslöcher im Edelstahlblech S an zwei Positionen ausgebildet, die um den Bearbeitungsschritt voneinander versetzt sind. Der erste Schritt und der zweite Schritt wechseln sich wiederholt ab, wodurch das Metallgitter MR geformt wird, das eine gleichmäßige Form und eine vorbestimmte Dicke hat.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • - JP 2001-47153 [0004]

Claims (2)

  1. Verfahren zum Bilden einer Gasdiffusionsschicht für eine Brennstoffzelle, die aus Metall hergestellt wird und bei der eine große Anzahl von Durchgangslöchern in einer versetzten Weise angeordnet sind, zum Zuführen eines Brennstoffgases oder eines Oxidationsgases in einem diffundierten Zustand zu einer entsprechenden Elektrodenschicht einer Elektrodenstruktur der Brennstoffzelle, wobei das Verfahren verwendet: – eine Formungsvorrichtung, die ein stationäres Schneidwerkzeug, auf dem ein Metallblech abgelegt wird, sowie ein Schneidwerkzeug hat, das von dem stationären Schneidwerkzeug in einer Richtung des Vorschubs des Metallblechs versetzt ist und das in einer Dickenrichtung des Metallblechs ausgefahren und eingezogen wird und in einer Breitenrichtung des Metallblechs bewegt wird, um so das Metallblech zu schneiden, um Durchgangslöcher auszubilden, von denen jedes eine gewünschte Form hat und in einer versetzten Weise angeordnet ist, sowie umfasst: – einen ersten Schritt zum Ausführen eines Bearbeitungszyklus über eine Vielzahl von Malen, der aus dem Vorschieben des Metallblechs um einen vorbestimmten Bearbeitungsschritt und dem Ausfahren und Zurückziehen des Schneidwerkzeugs in der Dickenrichtung des Metallblechs besteht, um so die Durchgangslöcher auszubilden, die jeweils die gewünschte Form haben, und – einen zweiten Schritt nach dem ersten Schritt zum Bewegen des Schneidwerkzeugs in der Breitenrichtung des Metallblechs um eine vorbestimmte Entfernung und zum Ausführen des Bearbeitungszyklus über die Vielzahl von Malen und zum nachfolgenden Bewegen des Schneidwerkzeugs um den vorbestimmten Abstand in einer Richtung, die derjenigen des Bewegens des Schneidwerkzeugs entlang der Breitenrichtung des Metallblechs entgegengesetzt ist, – wobei der erste Schritt und der zweite Schritt wiederholt werden.
  2. Verfahren zum Formen einer Gasdiffusionsschicht für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 1, ferner umfassend einen dritten Schritt nach dem zweiten Schritt und vor dem ersten Schritt zum Vorschieben des Metallblechs um den vorbestimmten Bearbeitungsschritt und Ausfahren und Zurückziehen des Schneidwerkzeugs ein Mal in der Dickenrichtung des Metallblechs, um so die Durchgangslöcher auszubilden, die jeweils die gewünschte Form haben und nachfolgend zum Bewegen des Schneidwerkzeugs um den vorbestimmten Abstand in einer Richtung, die derjenigen des Bewegens des Schneidwerkzeugs entlang der Breitenrichtung des Metallblechs entgegengesetzt ist, das im zweiten Schritt nach der Ausführung der Vielzahl von Bearbeitungszyklen durchgeführt wird, – wobei der erste Schritt, der zweite Schritt und der dritte Schritt wiederholt werden.
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