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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bilden
einer Gasdiffusionsschicht aus Metall zur Verwendung in einer Brennstoffzelle, insbesondere
einer Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle.
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Hintergrund der Erfindung
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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.
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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.
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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
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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.
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Offenbarung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung, die einen Brennstoffzellenstapel
teilweise zeigt, der Kollektoren gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
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2 ist
eine schematische perspektivische Darstellung, die einen Separatorkörper
der jeweiligen in 1 gezeigten Separatoren zeigt.
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Die 3A und 3B sind
Ansichten zum Erläutern eines Metallgitters, der zum Bilden
des Kollektors verwendet wird.
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4A ist
eine schematische Darstellung, die eine Metallgitterbearbeitungsvorrichtung
zum Ausbilden des Metallgitters von 3 zeigt.
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4B ist
eine Ansicht zum Erläutern der Form eines Klingenschneidwerkzeugs
von 4A.
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Die 5A bis 5D sind
schematische Ansichten zum Erläutern eines ersten Schritts
zum Bilden des Metallgitters von 3.
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Die 6A bis 6D sind
schematische Ansichten zum Erläutern eines zweiten Schritts
zum Ausbilden des Metallgitters von 3.
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7 ist
eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung zum Erläutern
eines Zustands zum Zusammenbau eines Rahmens und einer MEA, die
in 1 gezeigt ist.
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8 ist
eine Darstellung zur Erläuterung eines Metallgitters, das
zum Bilden eines Kollektors gemäß einer zweiten
Ausführungsform der folgenden Erfindung verwendet wird.
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9 ist
eine Ansicht zum Erläutern eines Metallgitters gemäß einer
modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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10 ist
eine Ansicht zum Erläutern eines Metallgitters gemäß einer
anderen modifizierten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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11 ist
eine Ansicht zum Erläutern eines Metallgitters gemäß noch
einer weiteren modifizierten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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Beste Art zur Ausführung
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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Schneidkanten
der oberen Klinge UH auf die bearbeiteten Teile des Edelstahlblechs
S übertragen.
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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.
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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
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Schneidkanten
der oberen Klinge UH auf die bearbeiteten Teile des Edelstahlblechs
S übertragen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die
vorliegende Erfindung kann auf ein Verfahren zum Bilden einer Gasdiffusionsschicht
aus Metall zur Verwendung in einer Brennstoffzelle angewendet werden.
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Zusammenfassung
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2005-209470 [0004]
- - JP 2001-47153 [0004]