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1. Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle, einen Brennstoffzellenstapel und ein Verfahren zum Herstellen des Brennstoffzellenstapels (ein Fertigungsverfahren zum Zusammenbauen des Brennstoffzellenstapels mit hoher Genauigkeit).
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2. Stand der Technik
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Das japanische Patent Nr.
JP 3427915 B2 beschreibt ein Fertigungsverfahren, bei dem eine Vielzahl von als Positionierungsreferenzen dienenden Löchern in der Oberfläche von Brennstoffzellenbauteilen und Haftfolien (Abdichtplatten) gebildet werden. Die Brennstoffzelle und der Brennstoffzellenstapel werden durch Einführen von positionierenden Schlagbolzen in die Löcher zum geeigneten Positionieren der Brennstoffzellenbauteile zusammengebaut.
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Das in dem japanischen Patent Nr.
JP 3427915 B2 beschriebene Positionierungsverfahren für eine Brennstoffzelle und einen Brennstoffzellenstapel weist jedoch folgende Probleme auf.
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Beim Zusammenbauen des Stapels werden Positionierungswellen (im Folgenden als „Wellen” bezeichnet) in die Positionierungsreferenzlöcher eingeführt. Wenn wenig Platz zwischen den Wellen und den Positionierungsreferenzlöchern vorhanden ist, wird die Genauigkeit des Zusammenbauens besser; es treten jedoch verschiedene Probleme auf. Zum Beispiel wird es schwierig, die Weilen während des Zusammenbaus von Brennstoffzelleneinheiten und während des Zusammenbauens des Brennstoffzellenstapels einzuführen. Des Weiteren werden, wenn eine Vielzahl von Abständen zwischen den Löchern einer Vielzahl von Bauteilen um mehr oder gleich einem vorgegebenen Spiel variiert, eines oder mehrere der Bauteile, Haftfolien usw. falsch ausgerichtet und stehen aus dem Stapel hervor. Es wird daher schwierig, eine Brennstoffzelleneinheit zusammenzubauen und Brennstoffzelleneinheiten in einen Brennstoffzellenstapel zu packen oder es wird schwierig, eine Welle herauszuziehen, da sich ein Separator oder dergleichen beim Herausziehen einer Welle nach dem Packen in einen Stapel in einem Teil, der die Welle berührt, verformt oder dergleichen.
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Die
EP 1 445 815 A2 offenbart eine Brennstoffzelle mit Metall-Clip Bauteilen, wobei Metall-Clip Bauteile zum Halten äußerer Bereiche eines ersten und eines zweiten Metallseparators an einer Vielzahl von Positionen vorgesehen sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfindung stellt eine Brennstoffzelle bereit, die Brennstoffzellenbauteile und Abdichtelemente umfasst, einen durch Stapeln solcher Brennstoffzellen gebildeten Brennstoffzellenstapel, ein Verfahren zum Herstellen des Brennstoffzellenstapels, das ein leichtes Einführen und/oder Herausziehen von Wellen erlaubt und ein falsches Ausrichten oder Hervorstehen von einem oder mehreren Bauteilen unterbindet und eine hohe Genauigkeit des Zusammenbauens bietet.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle nach Anspruch 1, diese Brennstoffzelle umfasst eine Vielzahl von Brennstoffzellenbauteilen, wobei die Bauteile jeweils einen ersten Positionierungsteil einschließen, der ein Loch ist, und wenigstens eines der Bauteile einen zweiten Positionierungsteil einschließt, der in einem äußeren umlaufenden Teil des Bauteils vorgesehen ist.
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In dem vorstehend genannten Aspekt kann die Vielzahl der Bauteile wenigstens einen Separator einschließen und der zweite Positionierungsteil kann an dem äußeren umlaufenden Teil jedes Separators vorgesehen sein.
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In dem vorstehend genannten Aspekt kann die Brennstoffzelle ferner wenigstens ein Abdichtelement einschließen, das ein Haften zwischen den Bauteilen bereitstellt und der erste Positionierungsteil kann in dem Abdichtelement vorgesehen sein.
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In dem vorstehend genannten Aspekt kann der erste Positionierungsteil zum Positionieren verwendet werden, wenn die Brennstoffzelle zusammengebaut wird, und der zweite Positionierungsteil kann zum Positionieren verwendet werden, wenn der Brennstoffzellenstapel zusammengebaut wird.
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In dem vorstehend genannten Aspekt kann der erste Positionierungsteil nicht von einem Befestigungselement durchdrungen sein.
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In dem vorstehend genannten Aspekt können die Brennstoffzellenbauteile wenigstens einen Separator aus verpresstern Metall und wenigstens einen Harzrahmen umfassen und in dem zweiten Positionierungsteil kann der wenigstens eine Harzrahmen einen ausgesparten Teil aufweisen, der zu der Innenseite des äußeren umlaufenden Teils des wenigstens einen Separators aus verpresstem Metall hin ausgespart ist, und der äußere umlaufende Teil des wenigstens einen Separators aus verpresstem Metall kann an der Außenseite des äußeren umlaufenden Teils des ausgesparten Teils des Harzrahmens angeordnet sein und den zweiten Positionierungsteil bilden.
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In dem vorstehend genannten Aspekt können die Brennstoffzellenbauteile wenigstens einen Separator aus verpresstem Metall und wenigstens einen Harzrahmen einschließen und wenigstens in dem zweiten Positionierungsteil kann der äußere umlaufende Teil des Separators aus verpresstem Metall an der Außenseite eines äußeren Umfangs des Harzrahmens angeordnet sein.
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In dem vorstehend genannten Aspekt kann der ausgesparte Teil des wenigstens einen Harzrahmens einen Ausschnitt einschließen, der während des Zusammenbauens des Stapels in eine Vorrichtung zur Positionierung greift.
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Da die Brennstoffzellenbauteile und die Abdichtelemente der Brennstoffzelle der Erfindung den ersten Positionierungsteil, der aus dem Positionierungsteil besteht, der innerhalb der Oberfläche jedes Brennstoffzellenbauteils und jedes Abdichtelements gebildet ist, und den zweiten Positionierungsteil, der an der Außenseite des Separators gebildet ist, einschließen, kann mit der Brennstoffzelle der Erfindung gemäß dem ersten Aspekt eine Biegung der Wellen zum Zeitpunkt des Packens in einen Stapel und die resultierende Abnahme der Genauigkeit des Positionierens, die möglicherweise beim Durchführen der Positionierung unter Verwenden von nur einem ersten Positionierungsteil auftreten kann, verhindert werden, indem der Stapel mit einem Referenzauflager an der zweiten Positionierungsstelle gestützt wird. Die Genauigkeit des Zusammenbauens wird daher verbessert. Wenn die Zellen zum Beispiel in einer seitlichen Richtung gestapelt werden, besteht die Möglichkeit, dass sich die in die ersten Positionierungsteile eingeführten Wellen biegen können, wobei die Biegung des Stapels durch Unterstützen des Stapels durch Referenzauflager an den zweiten Positionierungsstellen verhindert werden kann.
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In dem vorstehend genannten Aspekt kann eine Brennstoffzelle, die eine Vielzahl von Bauteilen, die die Brennstoffzelle bilden, und wenigstens eine Haftfolie, die ein Haften zwischen den Bauteilen bereitstellt, einschließen, wobei die Bauteile eine hervorstehende Führung aufweisen, an der die Bauteile mit der wenigstens einen Haftfolie in Kontakt stehen.
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Gemäß dem vorstehend genannten Aspekt ist es leicht, das Einführen und/oder Herausziehen der Vorrichtungen in Bezug auf die ersten Positionierungsteile durchzuführen, während eine hohe Genauigkeit des Zusammenbauens erhalten bleibt, und es ist möglich, eine falsche Ausrichtung und ein Hervorstehen der Brennstoffzellenbauteile und der Abdichtelemente (einschließlich der Haftfolien) während des Zusammenbaus zu verhindern.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen durch Stapeln einer Vielzahl von Brennstoffzellen, die Brennstoffzellenbauteile und Abdichtelemente einschließen, zusammengebauten Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 10, wobei die Bauteile und die Abdichtelemente jeweils einen ersten Positionierungsteil einschließen und wenigstens ein Bauteil einen zweiten Positionierungsteil einschließt, der an einem äußeren umlaufenden Teil vorgesehen ist.
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In dem vorstehend genannten Aspekt kann die Vielzahl der Bauteile wenigstens einen Separator einschließen und der zweite Positionierungsteil kann in dem äußeren umlaufenden Teil jedes Separators vorgesehen sein.
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Gemäß dem vorstehend genannten zweiten Aspekt schließt der Brennstoff-zellenstapel den ersten Positionierungsteil ein, der aus Positionierungsteilen besteht, die in der Oberfläche eines jeden der Brennstoffzellenbauteile und eines jeden der Abdichtelemente jeder Brennstoffzelle gebildet sind, und schließt auch den zweiten Positionierungsteil ein, der an den äußeren Oberflächen der Separatoren, die die Brennstoffzellenbauteile bilden, gebildet ist. Jede Elementarzelle kann daher unter Verwenden des ersten Positionierungsteils mit hoher Genauigkeit zusammengebaut werden und der Stapel kann unter Verwenden des zweiten Positionierungsteils oder unter Verwenden des ersten und zweiten Positionierungsteils mit hoher Genauigkeit zusammengebaut werden. Als Folge davon wird ein leichtes Einführen und/oder Herausziehen von Vorrichtungen in Bezug auf den ersten Positionierungsteil erreicht, während eine hohe Genauigkeit des Zusammenbauens beibehalten wird.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels nach Anspruch 12, das das Zusammenbauen einer Brennstoffzelle unter Verwenden eines ersten Positionierungsteils, der in jedem der Bauteile, die die Brennstoffzelle bilden, ausgebildet ist, und wenigstens einem Abdichtelement, das ein Haften zwischen den Bauteilen bereitstellt, und das Zusammenbauen eines Brennstoffzellenstapels durch Stapeln einer Vielzahl von Brennstoffzellen unter Verwenden eines zweiten Positionierungsteils, der an einem äußeren umlaufenden Teil wenigstens eines Separators, der die Bauteile bildet, ausgebildet ist, einschließt.
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In dem vorstehend genannten Aspekt kann der Brennstoffzellenstapel eine Vielzahl von Brennstoffzellenstapelkörpern einschließen und die Brennstoffzeilenstapelkörper können sich eine Endplatte teilen. Beim Zusammenbauen des Stapels können darüber hinaus die Brennstoffzellenstapelkörper, die Endplatte und ein Anschlusselement und ein Isolator, die den Brennstoffzellenstapel bilden, durch Anordnen einer mit dem zweiten Positionierungsteil in Kontakt stehenden Kontaktvorrichtung positioniert werden.
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Alternativ dazu kann der Brennstoffzellenstapel eine Vielzahl von Brennstoffzellenstapelkörpern einschließen und die Brennstoffzellenstapelkörper können sich eine Endplatte teilen. Beim Zusammenbauen des Stapels können die Brennstoffzellen ferner durch Verwenden des zweiten Positionierungsteils gestapelt werden und dann kann eine Einführvorrichtung in die ersten Positionierungsteile eingeführt werden und die Einführvorrichtung kann nach Ausüben einer Befestigungskraft herausgezogen werden.
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In dem vorstehend genannten Aspekt kann eine Einführvorrichtung in den ersten Positionierungsteil eingeführt werden und der Brennstoffzellenstapel kann unter Verwenden einer Stapelvorrichtung, die eine größere Steifigkeit als die Einführvorrichtung aufweist, an dem zweiten Positionierungsteil zusammengebaut werden.
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In dem vorstehend genannten Aspekt kann eine Einführvorrichtung in die ersten Positionierungsteile eingeführt werden und der Brennstoffzellenstapel kann unter Verwenden einer Stapelvorrichtung, die eine kürzere Gesamtlänge als die Einführvorrichtung aufweist, an dem zweiten Positionierungsteil zusammengebaut werden.
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Gemäß dem vorstehend genannten vierten Aspekt schließt das Herstellverfahren einen ersten Schritt des Zusammenbauens einer Brennstoffzelle durch Verwenden des ersten Positionierungsteils der aus einem Positionierungsteil besteht, der ein in der Oberfläche eines jeden der Brennstoffzellenbauteile und eines jeden der Abdichtelemente gebildetes Loch ist, und einen zweiten Schritt des Zusammenbauens eines Brennstoffzellenstapels durch Stapeln einer Vielzahl von Brennstoffzellen durch Verwenden des zweiten Positionierungsteils, der an einer äußeren Oberfläche der Separatoren, die die Brennstoffzellenbauteile bilden, gebildet ist, ein. In dem ersten Schritt kann daher jede Elementarzelle durch die Verwendung des ersten Positionierungsteils mit hoher Genauigkeit zusammengebaut werden. In dem zweiten Schritt kann der Brennstoffzellenstapel durch die Verwendung des zweiten Positionierungsteils mit hoher Genauigkeit zusammengebaut werden.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die vorstehend genannten und/oder weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren ersichtlicher, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und in denen:
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1A eine Vorderansicht eines Metallseparators ist, der die erste Struktur der Brennstoffzelle der Erfindung bildet;
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1B eine Vorderansicht eines Harzrahmens ist, der die erste Struktur der Brennstoffzelle der Erfindung bildet;
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1C eine Vorderansicht einer Haftfolie ist, die die erste Struktur der Brennstoffzelle der Erfindung bildet;
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2A eine Vorderansicht eines Harzrahmens ist, der eine zweite Struktur der Brennstoffzelle der Erfindung bildet;
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2B eine Vorderansicht hervorstehender Führungen ist, die an einem Harzrahmen bereitgestellt sind, der die zweite Struktur der Brennstoffzelle der Erfindung bildet, und der Umgebung der hervorstehenden Führungen;
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2C eine Schnittansicht ist, die entlang der Linie A-A' der 2C genommen wurde;
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2D eine Vorderansicht hervorstehender Führungen ist, die an einem Harzrahmen bereitgestellt sind, der die zweite Struktur der Brennstoffzelle der Erfindung bildet und an der eine Haftfolie angebracht ist, und der Umgebung der hervorstehenden Führungen;
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3A eine perspektivische Ansicht einer dritten Struktur der Brennstoffzelle der Erfindung ist, sowie von Positionierungswellen und einer Elementarzelle mit ersten Positionierungsteilen der Brennstoffzelle der Erfindung;
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3B eine perspektivische Ansicht der dritten Struktur der Brennstoffzelle der Erfindung ist, sowie von Positionierungsvorrichtungen und einem Stapel und Brennstoffzellen mit zweiten Positionierungsteilen eines Brennstoffzellenstapels der Erfindung;
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4 eine Vorderansicht eines Beispiels der ersten und dritten Struktur der Brennstoffzelle der Erfindung ist, sowie erster Positionierungsteile und von Positionierungswellen des Brennstoffzellenstapels der Erfindung;
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5 eine Vorderansicht eines weiteren Beispiels der ersten und dritten Struktur der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle ist, sowie erster Positionierungsteile und von Positionierungswellen des Brennstoffzellenstapels der Erfindung;
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6 eine Vordersicht eines Beispiels der dritten Struktur der Brennstoffzelle der Erfindung ist, sowie zweiter Positionierungsteile eines Brennstoffzellenstapels der Erfindung;
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7 eine Vorderansicht eines weiteren Beispiels der dritten Struktur der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle ist, sowie zweiter Positionierungsteile eines Brennstoffzellenstapels der Erfindung;
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8 eine Vorderansicht der dritten Struktur der Brennstoffzelle der Erfindung ist, sowie zweiter Positionierungsteile, die in dem Harzrahmen gebildete ausgesparte Teile einschließen, und von Positionierungsvorrichtungen;
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9 eine Draufsicht auf den Zusammenbau eines Brennstoffzellenstapels gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels der Erfindung ist;
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10 eine Vorderansicht auf den Zusammenbau eines Brennstoffzellenstapels gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels der Erfindung ist;
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11 eine Seitenansicht einer Festpolymerelektrolyt-Brennstoffzelle ist, bei der die Brennstoffzelle, der Brennstoffzellenstapel und das Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels der Erfindung angewendet werden können; und
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12 eine Schnittansicht eines Abschnitts der in 11 gezeigten Brennstoffzelle ist.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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In der folgenden Beschreibung wird die vorliegende Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen ausführlicher beschrieben.
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Nachfolgend werden die Brennstoffzelle, der Brennstoffzellenstapel, das Verfahren zum Herstellen (Fertigungsverfahren) des Brennstoffzellenstapels der Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 12 beschrieben.
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Erfindungsgemäß ist eine Brennstoffzelle 10 zum Beispiel eine Festpolymerelektrolyt-Brennstoffzelle und wird als Brennstoffzelle in mobilen (z. B. Kraftfahrzeugen) und stationären Anwendungen (z. B. im Haushalt) und so weiter eingesetzt.
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Wie in 12 gezeigt, wird jede Festpolymerelektrolyt-Brennstoff-Elementarzelle 10 (im Folgenden als „Elementarzelle” bezeichnet) durch Umgeben einer MEA 11 (Membran-Elektroden-Einheit, in der eine Anode an einer Oberfläche einer Elektrolytmembran und eine Kathode an der andere Oberfläche derselben gebildet sind) mit Separatoren 12 und dergleichen aufgebaut (wenn die Separatoren 12 Separatoren aus verpresstem Metall sind, ist jede MEA 11 von Kombinationen aus einem Separator aus verpresstem Metall 12 und einem Harzrahmen 13 umgeben). Wie in 11 gezeigt, wird ein Brennstoffzellenstapel 14 durch Stapeln von Brennstoffzellen 10 und Anordnen, an jedem Ende desselben, eines Anschlusselements 15, eines Isolators 16 und einer Endplatte 17 in der Reihenfolge an dem Ende der Brennstoffzelle und Anordnen, an einem Ende, einer Druckplatte 18 zwischen dem Isolator 16 und der Endplatte 17 und Befestigen einer Spannplatte 19 oder eines Befestigungsbolzens an der Endplatte 17, der sich außerhalb des Brennstoffzellenstapels in der Stapelrichtung der Zellen erstreckt, und dann Ausüben einer Befestigungskraft auf den Brennstoffzellenstapel aufgebaut.
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In jedem Separator 12 sind ein Flüssigkeitskanal 20 und ein Flüssigkeitsleitungssystem 21 gebildet. Insbesondere umfasst der Flüssigkeitskanal 20 einen Brenngaskanal, der in dem anodenseitigen Separator 12 jeder MEA zum Zuführen eines Brenngases (z. B. Wasserstoff) zu der Anode gebildet ist, einen Oxidationsgaskanal, der in dem kathodenseitigen Separator 12 jeder MEA, zum Zuführen eines Oxidationsgases (z. B. Luft) zu der Kathode gebildet ist, und einen Kühlmittel-(Kühlwasser-)kanal, der an der Rückseite des Brenngaskanals und des Oxidationsgaskanals ausgebildet ist. Das Flüssigkeitsleitungssystem 21 umfasst ein Brenngasleitungssystem, ein Oxidationsgasleitungssystem und ein Kühlmittelleitungssystem, die in jedem Separator 12 gebildet sind. Das Brenngasleitungssystem ist mit dem Brenngaskanal verbunden und das Oxidationsgasleitungssystem ist mit dem Oxidationsgaskanal verbunden und das Kühlmittelleitungssystem ist mit dem Kühlmittelkanal verbunden. Das Brenngas, das Oxidationsgas und das Kühlmittel sind daher gegeneinander und gegen den Außenraum (die Atmosphäre) abgedichtet.
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Für die vorstehend angegebene Abdichtung ist ein Dichtungshaftmittel (ein Abdichtelement) 22 zwischen jeder MEA und den Separatoren angeordnet. Das Dichtungshaftmittel kann ein Haftmittel sein, das vorher in Form einer Folie gebildet wurde (im Folgenden als „Haftfolie 22” bezeichnet). Jede Haftfolie 22 ist zum Beispiel aus einem Haftmittel des heißschmelzenden Typs oder einer Klebefolie mit abziehbarer Schutzpapierfolie usw. hergestellt. In der folgenden Beschreibung ist das Dichtungshaftmittel 22 eine Haftfolie 22. Das Dichtungshaftmittel 22 kann jedoch eine flüssige Dichtung sein, die nach dem Aufbringen ausgehärtet wird.
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Die Separatoren 12, die Harzrahmen 13, die MEA 11 etc. können als Bauteile betrachtet werden, die eine Brennstoffzelle in der Erfindung bilden. Die Räume oder dergleichen zwischen den Bauteilen sind mit Haftfolien 22 abgedichtet.
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Für den Zusammenbau der Brennstoffzellen 10 wird zunächst eine Elementarzelle zusammengebaut und die Elementarzellen werden zum Bilden eines Brennstoffzellenstapels 14 gestapelt und aneinander befestigt. Beim Zusammenbauen einer Elementarzelle und eines Brennstoffzellenstapels ist es erforderlich, dass die Bauteile, die Haftfolien 22 usw. exakt angeordnet werden. Ebenso ist eine gute Verarbeitbarkeit gewünscht.
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In dem Fall, in dem eine Haftfolie 22 verwendet wird, ist es, wenn beim Anbringen der Haftfolie 22 an dem Werkstück (dem Separator oder dergleichen) keine Positionierungsreferenz existiert, sehr schwierig, das Werkstück zu positionieren und es besteht daher die Möglichkeit, dass ein schwerwiegender Fehler, wie eine schlechte Abdichtung oder dergleichen, auftritt. Wenn eine Klebefolie mit einer Schutzpapierfolie als Haftfolie 22 verwendet wird, muss die Klebefolie ohne eine Blase oder Abhebung exakt auf die gesamte Abdichtungsoberfläche aufgebracht werden, da solche Fehler im Nachhinein schwer zu korrigieren sind. Wenn ein Fehler beim Positionieren gemacht wird, ist es daher sehr schwierig, solche Defekte auszubessern.
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Es werden beispielhafte Ausführungsformen der Brennstoffzelle, des Brennstoffzellenstapels und des Herstellungsverfahrens für den Brennstoffzellenstapel beschrieben, die darauf gerichtet sind, eine hohe Genauigkeit des Zusammenbauens und eine gute Verarbeitbarkeit derselben sicherzustellen.
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Es wird eine erste Struktur der Brennstoffzelle in der Ausführungsform beschrieben. Wie in 1C und 4 gezeigt, schließt die Brennstoffzelle 10 der Erfindung Brennstoffzellenbestandteile (Separatoren 12, Harzrahmen 13 usw.) und Haftfolien 22 (z. B. Haftfolien, die vorher in Form einer linienförmigen Abdichtung gebildet wurden) ein, um eine hohe Genauigkeit des Zusammenbauens und eine gute Verarbeitbarkeit beim Zusammenbauen zu erreichen. Die Haftfolie ist ein Abdichtelement. Die erfindungsgemäße Ausführungsform ist nicht auf eine Haftfolie beschränkt. Als Abdichtelement können Haftmittel des Beschichtungstyps verwendet werden. Jedes der Bauteile (Separator 12, Harzrahmen 13, usw.) und jede der Haftfolien 22 weist eine Vielzahl erster Positionierungsteile 30 (31, 32) in seiner/ihrer Oberfläche auf. Jeder der ersten Positionierungsteile 13 verhindert, dass eine Vorrichtung 41 (z. B. eine Positionierungswelle 41), die beim Zusammenbauen der Brennstoffzelle durch den ersten Positionierungsteil eingeführt wird, in einer ebenen Richtung der Bauteile (d. h. einer zu der Ebene der Brennstoffzellenbauteile parallelen Richtung) verschoben wird. Das heißt, dass das Spiel zwischen dem Positionierungsteil 31 und der Vorrichtung 41 so klein ist, dass sie nicht relativ zueinander verschoben werden. Der andere erste Positionierungsteil 32 ermöglicht ein Verschieben einer Vorrichtung 42 (z. B. der Positionierungswelle 42), die beim Zusammenbauen der Brennstoffzelle durch den ersten Positionierungsteil 32 eingeführt wird, in einer Richtung A entlang der Linie, die die beiden Positionierungsteile 31, 32 verbindet (siehe 4). In der folgenden Beschreibung der Ausführungsform werden die Vorrichtung 41 (Positionierungswelle 41) und die Vorrichtung 42 (Positionierungswelle 42) als „Welle 41” und „Welle 42” bezeichnet. Der Positionierungsteil 32 verhindert eine Verschiebung der Welle 42 in der zu der Richtung A senkrechten Richtung B (siehe 4). An den beiden Positionierungsteilen 31, 32 sind die Wellen 41, 42 relativ gegenüber den Brennstoffzellenbestandteilen (den Separatoren 12, den Harzrahmen 13 usw.) und den Haftfolien 22 in der zu den Ebenen der Bauteile und der Haftfolien 22 senkrechten Richtung verschiebbar. Es ist gewünscht, dass die ersten Positionierungsteile 31, 32 an solchen Positionen vorgesehen sind, dass das Leistungsvermögen der Brennstoffzelle nicht beeinflusst wird, zum Beispiel an Positionen zwischen den Leitungssystemen und den Brennstoffzellenbauteilen.
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In den 1A bis 1C weisen die ersten Positionierungsteile 30 Löcher auf und schließen ein Hauptpositionierungsloch 31 und ein Hilfspositionierungsloch 32 ein. Wie vorstehend beschrieben unterscheiden sich das Spiel zwischen dem Hauptpositionierungsloch 31 und der zum Zeitpunkt der Positionierung durch das Hauptpositionierungsloch 31 eingeführten Welle 41 und das Spiel zwischen dem Hilfspositionierungsloch 32 und der zum Zeitpunkt des Positionierens durch dasselbe eingeführten Welle 42 voneinander in der Richtung A entlang der das Hauptpositionierungsloch 31 und das Hilfspositionierungsloch 32 verbindenden Linie. Das heißt, dass das Spiel zwischen dem Hilfspositionierungsloch 32 und der Welle 42 größer als das Spiel zwischen dem Hauptpositionierungsloch 31 und der Welle 41 in der in der Richtung A entlang der das Hauptpositionierungsloch 31 und das Hilfspositionierungsloch 32 verbindenden Linie ist. In einem in 4 gezeigten Beispiel ist die Form des Hauptpositionierungslochs 31 allgemein kreisförmig und die Form des Hilfspositionierunglochs 32 ist allgemein ellipsenförmig (ein verlängertes Loch, dessen Form durch Verbinden zweier sich gegenüberliegender Halbkreise durch zwei parallele gerade Linien gebildet ist) und die Wellen 41, 42 weisen den gleichen Durchmesser auf.
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In der obigen Beschreibung werden, um das Spiel zwischen den Löchern 31, 32 und den Wellen 41, 42 voneinander verschieden zu bilden, die Größen des Hauptpositionierungslochs 31 und des Hilfspositionierungslochs 32 in der Richtung A voneinander verschieden ausgeführt. Alternativ können die Querschnittsform der zum Zeitpunkt des Positionierens in das Hauptpositionierungsloch 31 eingeführten Welle 41 und die Querschnittsform der zum Zeitpunkt des Positionierens in das Hilfspositionierungsloch 32 eingeführten Welle 42 voneinander verschieden ausgeführt werden.
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Gemäß dem vorstehenden Aufbau ist es leicht, die Wellen 41, 42 bezüglich der ersten Positionierungsteile 30 einzuführen und/oder herauszuziehen, während eine hohe Genauigkeit des Zusammenbauens beibehalten wird, und es ist möglich, eine falsche Ausrichtung und ein Hervorstehen der Brennstoffzellenbauteile 12, 13 und der Haftfolien 22 während des Zusammenbaus zu verhindern.
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Wenn, wie in 4 gezeigt, die Form des Hauptpositionierungslochs 31 allgemein perfekt kreisförmig und die des Hilfspositionierungslochs 32 allgemein ellipsenförmig ist, wird die Verarbeitbarkeit beim Zusammenbau verbessert und eine gegenseitige Beeinträchtigung der Wellen 41, 42 und der Löcher 31, 32 aufgrund einer Wärmeexpansion zwischen den Wellen 41, 42 und den Separatoren 12 vermieden.
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Wenn, wie in 5 gezeigt, die Querschnittsform der in das Hauptpositionierungsloch 31 zum Zeitpunkt des Positionierens eingeführten Welle 41 und die Querschnittsform der in das Hilfspositionierungsloch 32 zum Zeitpunkt des Positionierens eingeführten Welle 42 voneinander verschieden sind, wird darüber hinaus die Verarbeitbarkeit beim Zusammenbau verbessert und eine gegenseitige Beeinträchtigung der Wellen 41, 42 und der Löcher 31, 32 aufgrund einer Wärmeexpansion zwischen den Wellen 41, 42 und den Separatoren 12 vermieden.
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Es wird eine zweite Struktur der Brennstoffzelle der Ausführungsform beschrieben. Wie bei den ersten Positionierungsteilen 30 zum Positionieren können die Löcher 31, 32 und die Wellen 41, 42, wie in 2 gezeigt, durch hervorstehende Führungen 33 ersetzt werden. In einem in 2 gezeigten Beispiel ist ein Separator 12 oder ein Harzrahmen 13 mit hervorstehenden Führungen 33 bereitgestellt, die an Stellen gebildet sind, die sich beim Anordnen der Haftfolie neben den gegenüberliegenden Enden der Haftfolie befinden, und die hervorstehenden Führungen 33 weisen eine „L”-Form auf. Eine Haftfolie 22 wird an den hervorstehenden Führungen 33 ausgerichtet. Auf diese Weise werden die Verarbeitbarkeit und die Eigenschaft beim Zusammenbau verbessert.
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Jede Haftfolie 22 steht so mit den L-förmigen Führungen 33 in Kontakt, dass eine Bewegung jeder Haftfolie 22 in der Richtung der längeren Abmessung der Haftfolie 22 und in der Richtung der kürzeren Abmessung derselben verhindert wird. Eine Abweichung der Haftfolie 22 bezüglich ihrer Position zu den Separatoren 12 oder den Harzrahmen 13 wird daher verringert.
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Es wird eine dritte Struktur der Brennstoffzelle der Ausführungsform beschrieben. Wie in den 3A bis 7 gezeigt, weist die Brennstoffzelle 10 eine Struktur auf, in der neben der vorstehend beschriebenen ersten Struktur der Brennstoffzelle zweite Positionierungsteile 50 an den äußeren umlaufenden Teilen der Separatoren 12 gebildet sind.
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Obwohl Techniken zum Stapeln von Brennstoffzellenbauteilen durch die Verwendung der ersten Positionierungsteile (Positionierungswellen) und Techniken zum Stapeln von Brennstoffzellenbauteilen durch Verwendung der zweiten Positionierungsteile, die an den äußeren umlaufenden Teilen der Bauteile gebildet sind, bekannt sind, wurde keine geeignete und selektive Verwendung von Stapeltechniken entsprechend der gegebenen Bedingungen oder dergleichen ausreichend in Betracht gezogen.
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In dieser Erfindung werden die beiden vorstehend angegebenen Stapeltechniken miteinander kombiniert. Konkret werden, wenn die Brennstoffzellenbauteile in ein Modul (in eine Zelle) gepackt werden, die ersten Positionierungsteile verwendet. Wenn die jeweils in ein Modul gepackten Zellenmodule (die Brennstoffzellen) gestapelt werden, werden dann die zweiten Positionierungsteile verwendet. In dieser Ausführungsform bedeutet, „in ein Modul gepackt”, dass einige der in einem Brennstoffzellenstapel enthaltenen Bauteile, bei denen die beiden gegenüberliegenden Enden mit Ausgabeanschlüssen bereitgestellt werden, in eine Einheit integriert werden. Zum Beispiel gibt „in ein Modul gepackt” die Integration eines eine MEA umgebenden Separatorpaares an, oder kann die Integration der Separatoren zusammen mit einer Vielzahl von Bauteilen angeben.
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Wenn die Brennstoffzellenbauteile in ein Modul (in eine Zelle) gepackt werden, ist eine hohe Genauigkeit erforderlich. Besonders Separatoren, die eine geringe Steifigkeit aufweisen werden leicht ausgelenkt. In einem solchen Fall kann keine ausreichend hohe Genauigkeit des Zusammenbauens erhalten werden, wenn nur die zweiten Positionierungsteile verwendet werden, die Positionierungsreferenzen nur in den äußeren umlaufenden Teilen der Bauteile, wie Separatoren oder dergleichen, bereitstellen. Zum anderen ermöglicht die Verwendung der ersten Positionierungsteile ein hochgenaues Positionieren jedes Bauteils in im Wesentlichen allen ebenen Richtungen desselben.
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Wenn jedoch in dem Fall, in dem die in jeder Zelle gebildeten Löcher als Positionierungsteile zum Zusammenbauen der Brennstoffzellen verwendet werden, werden Wellen, die in die Löcher eingeführt sind als Positionierungsvorrichtungen zum Stapeln der Zellen benötigt. Wenn die Wellen in dem Stapel bleiben, müssen sie aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt sein. Wenn die Wellen aus einem keramischen Material hergestellt sind, kann jedoch nicht so leicht eine hohe Abmessungsgenauigkeit sichergestellt werden und es treten Abriebbruchstücke zum Zeitpunkt der Wechselwirkung mit einem Halterand auf und die Wellen müssen nach Befestigen des Stapels abgeschnitten werden, da der Stapel beim Befestigen in der Länge schrumpft. Wenn die Wellen herausgezogen werden sollen, ist es notwendig, ein ausreichendes Spiel vorzusehen, um eine Verformung der Separatoren beim Herausziehen der Wellen zu vermeiden und das Entfernen der Wellen zu erleichtern. Wenn die Anzahl der zu stapelnden Zellen wegen des Packens der Zellenmodule in einen Stapel erhöht wird, besteht ferner die Notwendigkeit, die Positionierungsvorrichtungen (Wellen, Führungen, usw.) entsprechend zu verlängern. Es ist jedoch wahrscheinlicher, dass sich längere Vorrichtungen von der Stapelrichtung weg biegen, wodurch eine Neigung des erhaltenen Brennstoffzellenstapels verursacht wird. Wenn die Querschnittsfläche der Vorrichtungen so vergrößert wird, dass sich die Vorrichtungen nicht biegen, wird es erforderlich, vergrößerte Positionierungsteile zu konstruieren, in die die Vorrichtungen eingeführt werden sollen, was eine entsprechende Zunahme der Brennstoffzellengröße erfordern würde.
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Wenn die Positionierungsteile nur an den äußeren umlaufenden Teilen der Brennstoffzellenbauteile bereitgestellt sind, ist andererseits die Form eines äußeren Teils, wenn Modulpakete (Zellpakete) in einen Stapel gepackt werden, nicht stabil, wenn ein Separator infolge des Separatorbildungsprozesses verspannt wird oder aufquillt. Daher wird es, wenn das Packen in ein Modul auf einer äußeren Referenz basiert, unmöglich, die Genauigkeit der Position bezüglich des anodenseitigen Separators und des kathodenseitigen Separators oder dergleichen sicherzustellen. Es besteht daher die Möglichkeit, dass Nachteile, wie eine Verschlechterung des Leistungsvermögens infolge eines erhöhten Kontaktwiderstands, das Brechen eines Durchgangs oder eine schlechte Verarbeitbarkeit oder dergleichen auftreten.
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In der dritten Struktur der Brennstoffzelle schließt jedes Brennstoffzellenbauteil 12, 13 und jede Haftfolie 22 erste Positionierungsteile 30 ein, die innerhalb des Bauteils oder des Haftmittels gebildete Positionierungslöcher einschließen, und zweite Positionierungsteile 50, die an den äußeren umlaufenden Teilen der Separatoren 12 gebildet sind, die die Brennstoffzellenbauteile bilden. Die ersten Positionierungsteile 30 entsprechen oder ähneln im Wesentlichen den vorstehend in Verbindung mit der ersten Struktur der Brennstoffzelle beschriebenen ersten Positionierungsteilen. Das Abdichtelement ist eine Haftfolie. Die erfindungsgemäße Ausführungsform ist nicht auf eine Haftfolie beschränkt. Als Abdichtelement können Haftmittel des Beschichtungstyps verwendet werden.
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Die ersten Positionierungsteile 30 werden zum Positionieren beim Zusammenbauen einer Zelle verwendet, während die zweiten Positionierungsteile 50 zum Positionieren beim Zusammenbauen eines Stapels verwendet werden. Da zwei Sorten von Positionierungsteilen verwendet werden, ist es daher besonders beim Packen der Brennstoffzellen in einen Stapel möglich, einen Brennstoffzellenstapel ohne Neigung zu erhalten. Da die zweiten Positionierungsteile 50 für das Positionieren an dem äußeren umlaufenden Teil der Brennstoffzellenbauteile verwendet werden, wird die Erhöhung der Querschnittsfläche der zweiten Positionierungsteile 50 ferner, wenn überhaupt, keine Erhöhung der Brennstoffzellengröße erfordern.
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Die ersten Positionierungsteile 30 schließen Positionierungslöcher ein, die zur Positionierung bestimmte Löcher sind, die nicht von Befestigungselementen (z. B. Befestigungsbolzen oder dergleichen) durchdrungen werden.
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Mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau können selbst Separatoren (z. B. Separatoren aus verpresstem Metall), die auf Basis einer äußeren Referenz in eine Elementarzelle oder ein Modul gepackt werden, was aufgrund der komplizierten Ausbildung und der geringen Steifigkeit derselben schwierig ist, mit hoher Genauigkeit in eine Zelle oder ein Modul gepackt werden, da der Aufbau die Verwendung eines auf einer Lochreferenz basierenden Packens ermöglicht. Daher können ein verbessertes Leistungsvermögen der Zelle und eine verbesserte Haltbarkeit erreicht werden. Ferner kann wegen der Verwendung der äußeren Referenz beim Zusammenbauen des Stapels eine Verformung der Löcher und Wellen, die zu einem Problem werden kann, wenn das Positionieren bezüglich der Löcher und Wellen durchgeführt wird, vermieden werden und die Beeinträchtigung in der Handhabung, wie dem Schneiden oder Herausziehen der Wellen nach dem Ende des Zusammenbauens oder dergleichen werden ausgeschlossen oder verringert, wodurch das Leistungsvermögen und die Produktivität verbessert werden.
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Die zweiten Positionierungsteile 50 sind an zwei Stellen um die äußeren umlaufenden Teile der Separatoren 12 gebildet.
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Die äußeren Oberflächen der Separatoren 12 werden als Referenzen zum Positionieren der Bauteile eingesetzt, so dass verhindert wird, dass die Haftfolien, die Harzrahmen etc. außerhalb der äußeren Oberflächen der Separatoren 12 hervorstehen. Die Endflächen der Separatoren sind daher immer ganz außen angeordnet. Die Struktur, wie sie vorstehend beschrieben ist, kann zum Beispiel eine in 6 oder 7 gezeigte Struktur sein.
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Wie in 6 gezeigt, schließt die Struktur einen Separator aus verpresstem Metall 12 und einen Harzrahmen 13 als Brennstoffzellenbauteile ein. Bezüglich der zweiten Positionierungsteile 50 weist der Harzrahmen 13 ausgesparte Teile 51 auf, die jeweils von dem Rand des Separators aus verpresstem Metall 12 ausgespart sind. Von dem Randteil des Separators aus verpresstem Metall 12 bildet ein an der Außenseite des Rands eines jeden ausgesparten Teils 51 des Harzrahmens 13 angeordneter Teil einen zweiten Positionierungsteil 50.
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Da die zweiten Positionierungsteile 50 zum Teil entlang der Seiten jedes Separators 12 ausgebildet sind, wird die Steifigkeit jedes Separators 12 so erhöht, dass eine Verformung des Endteils jedes Separators verhindert wird.
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In dem Fall, in dem ein Harzrahmen 13, eine mit einer MEA integrierte Dichtung usw. spritzgegossen wird, kann die vorstehend angegebene Form erhalten werden, indem eine Stelle festgelegt wird, die den zweiten Positionierungsteilen 50 an einer Angusslage für das Gießen entspricht, und die Stelle durch Bilden einer Aussparung oder dergleichen abgeschnitten wird. Dies verbessert den Freiheitsgrad beim Konstruieren der Angusslage und erleichtert den Vorgang des Entgratens nach dem Spritzgießen.
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Alternativ kann die in 7 gezeigte Struktur anstelle der in 6 gezeigten Struktur angewandt werden. Wie in 7 gezeigt, schließt die Struktur einen Separator aus verpresstem Metall 12 und einen Harzrahmen 13 ein. Wenigstens in jedem zweiten Positionierungsteil 50 (in 7 entlang des gesamten Umfangs des Separators) ist die äußere Oberfläche des Separators aus verpresstem Metall 12 an der Außenseite der äußeren Oberfläche des Harzrahmens 13 angeordnet.
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Wenn die Brennstoffzelle 10 die ersten Positionierungsteile 30, die aus den Positronierungslöchern bestehen, die innerhalb der Oberfläche eines jeden der Brennstoffzellenbauteile 12, 13 und jeder der Haftfolien 22 gebildet sind, und die zweiten Positionierungsteile 50, die an der Außenseite der Separatoren 12 gebildet sind, die die Brennstoffzellenbauteile bilden, einschließt, wird ein Biegen der Wellen beim Zusammenbauen des Stapels und eine resultierende Abnahme der Genauigkeit des Positionierens verhindert, indem der Stapel durch Referenzauflager gestützt wird, die an den zweiten Positionierungsstellen vorgesehen sind. Die Genauigkeit des Zusammenbauens wird daher verbessert.
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Wie in 8 gezeigt, können die ausgesparten Teile 51 jedes Harzrahmens 13 durch Ausschnitte, die beim Zusammenbauen des Stapels in die Positionierungsvorrichtungen 61 greifen, gebildet werden. In dem in 8 gezeigten Beispiel begrenzen die L-förmigen Vorrichtungen 61, wenn die Zellen seitlich zusammengebaut (in einer horizontalen Richtung gestapelt) werden, die Zellen an den linken und rechten Seiten und der Unterseite und ermöglichen daher ein Weglassen der Positionierung über die Löcher und die Wellen. Bei seitlichem Zusammenbauen werden die durch die Löcher eingeführten Wellen durch das Gewicht der Zellenstapelkörper gebogen, so dass ein Entfernen der Wellen schwierig sein kann. Wenn das Positionieren jedoch unter alleinigem Verwenden der L-förmigen Vorrichtungen 61 erfolgt, besteht kein Problem beim Herausziehen der Wellen.
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Wenn die Zellen 10 zum Beispiel in einer seitlichen Richtung (einer horizontalen Richtung) gestapelt werden, besteht die Möglichkeit, dass sich die durch die ersten Positionierungsteile 30 eingeführten Vorrichtungen (Wellen) biegen können, wobei die Biegung des Stapels und der Wellen verhindert werden kann, indem die Zellen mit Hilfe von Referenzauflagern (Positionierungsvorrichtungen) 61 an den zweiten Positionierungsstellen 50 gestützt werden. Ein Entfernen der Wellen wird daher einfach.
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Es wird die Struktur eines Brennstoffzellenstapels gemäß der Ausführungsform beschrieben. Wie in den 3 bis 7 gezeigt, wird ein Brennstoffzellenstapel 14 in der Erfindung durch Stapeln von Brennstoffzellen mit der dritten Struktur, wie vorstehend beschrieben, gebildet.
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Der Brennstoffzellenstapel 14 wird durch Stapeln einer Vielzahl von Brennstoffzellen 10 zusammengebaut, von denen jede Brennstoffzellenbauteile 12, 13 und Haftfolien 22 einschließt. Jede Brennstoffzelle 10 schließt erste Positionierungsteile 30 ein, die aus Positionierungslöchern hergestellt sind, die innerhalb der Oberfläche eines jeden der Brennstoffzellenbauteile 12, 13 und jeder der Haftfolien 22 gebildet sind, und zweite Positionierungsteile 50, die an den äußeren Oberflächen der Separatoren, die die Brennstoffzellenbauteile bilden, ausgebildet sind.
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In dem Brennstoffzellenstapel 14 der Erfindung ist jede Elementarzelle 10 durch die Verwendung erster Positionierungsteile 30 mit hoher Genauigkeit zusammengebaut und der Stapel 14 ist durch die Verwendung der zweiten Positionierungsteile 50 oder durch die Verwendung der ersten Positionierungsteile 30 und der zweiten Positionierungsteile 50 mit hoher Genauigkeit zusammengebaut. Während gleichzeitig eine hohe Genauigkeit des Zusammenbauens beibehalten wird, wird daher ein leichtes Einführen und/oder Herausziehen der Wellen 41, 42 bezüglich der ersten Positionierungsteile 30 erreicht.
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Wenn die Zellen 10 in einer seitlichen Richtung (einer horizontalen Richtung) gestapelt werden, besteht die Möglichkeit, dass sich die in die ersten Positionierungsteile 30 eingeführten Wellen 41, 42, wie vorstehend beschrieben, biegen können. Da der Stapel jedoch an den zweiten Positionierungsteilen 50 von den Stapelvorrichtungen 61 gestützt wird, kann das Biegen des Stapels und der Wellen verhindert und die Wellen können leicht entfernt werden.
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Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels gemäß der Ausführungsform beschrieben.
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Das Herstellungsverfahren schließt einen Schritt des Zusammenbauens einer Brennstoffzelle durch die Verwendung erster Positionierungsteile 30 ein, die aus Positionierungslöchern hergestellt sind sind, die innerhalb der Oberfläche eines jeden der Brennstoffzellenbauteile 12, 13 und jeder der Haftfolien 22 gebildet sind, und einen zweiten Schritt des Zusammenbauens eines Brennstoffzellenstapels durch Stapeln einer Vielzahl von Brennstoffzellen durch die Verwendung zweiter Positionierungsteile 50, die an den äußeren umlaufenden Teilen der Separatoren, die die Brennstoffzellenbauteile bilden, ausgebildet sind.
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Unter Bezugnahme auf die 9 und 10 wird ein Herstellungsverfahren für einen Brennstoffzellenstapel 14 beschrieben, der eine Vielzahl von Brennstoffzellenstapelkörpern und von der Vielzahl von Brennstaffzellenstapelkörpern geteilte Endplatten einschließt. Beim Zusammenbauen des Stapels werden die Brennstoffzellenstapelkörper, Anschlusselemente 15, Isolatoren 16 und die Endplatten 17 durch Anordnen der mit den Stapelvorrichtungen 61 in Kontakt stehenden zweiten Positionierungsteile 50 positioniert. In 9 sind Zellen in einer vertikalen Richtung gestapelt, während ein Stapelkörper an der linken Seite durch Anordnen desselben in Kontakt mit Stapelvorrichtungen 61 in der linken oberen Ecke positioniert wird und ein Stapelkörper an der rechten Seite durch Anordnen desselben in Kontakt mit Stapelvorrichtungen 61 in der rechten oberen Ecke positioniert wird. Im Hinblick auf eine platzsparende Anordnung, wird der Abstand zwischen den beiden Stapelkörpern so klein wie möglich gemacht, und es ist kein Referenzauflager (Positionierungsvorrichtung) 61 in dem kleinen Raum zwischen den beiden Stapelkörpern vorgesehen.
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Nachdem alle Zellen gestapelt wurden, werden die Positionierungswellen 41, 42 in die runden Löcher 31 und die Längslöcher 32 eingeführt. Wenn das Einführen der Positionierungswelle 41, 42 in die Löcher 31, 32 verhindert wird, kann der Stapel 14 von der Seitenfläche derselben weggedrückt werden, so dass die Positionierungswelle 41, 42 leicht in die Löcher 31, 32 eingeführt wird. Nach Ausüben einer Befestigungskraft auf den Stapel 14 über eine Druckerzeugungsvorrichtung, werden die Wellen 41, 42 herausgezogen und der Stapelvorgang auf diese Weise beendet. Die Wellen 41, 42 können die Endplatte an der Unterseite durchdringen oder nicht. Bei dem Aufbau, bei dem die Wellen 41, 42 nicht durch die Endplatte an der Unterseite dringen, ist die Endplatte an der Unterseite mit eingesenkten Löchern versehen, in die die unteren Enden der Wellen 41, 42 eingeführt werden.
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Die Wellen 41, 42 werden eingeführt, um eine Abweichung des Stapelkörpers an der linken Seite in die Richtungen A und B und eine Abweichung des Stapelkörpers an der rechten Seite in die Richtungen A und B zu verhindern. Das Einführen der Wellen 41, 42 stellt sicher, dass der Grad der Abweichung zwischen den Zellen null ist oder so klein wie möglich gemacht wird.
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Gemäß dem Herstellungsverfahren für einen Brennstoffzellenstapel der Erfindung schließt das Verfahren einen ersten Schritt des Zusammenbauens einer Brennstoffzelle 10 durch die Verwendung erster Positionierungsteile 30 ein, und einen zweiten Schritt des Zusammenbauens eines Brennstoffzellenstapels 14 durch Stapeln einer Vielzahl von Brennstoffzellen durch die Verwendung der zweiten Positionierungsteile 50, die an den äußeren Oberflächen der Separatoren gebildet sind, die die Brennstoffzellenbauteile bilden. In dem ersten Schritt kann jede Elementarzelle 10 daher durch die Verwendung der ersten Positionierungsteile 30 mit hoher Genauigkeit zusammengebaut werden. In dem zweiten Schritt kann der Brennstoffzellenstapel 14 durch die Verwendung der zweiten Positionierungsteile 50 mit hoher Genauigkeit zusammengebaut werden.
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Nachdem der Brennstoffzellenstapel zusammengebaut wurde, können die Wellen 41, 42 und die Stapelvorrichtungen 61 entfernt werden. Wenn die Wellen 41, 42 oder die Stapelvorrichtungen 61 in den Brennstoffzellen oder dem Brennstoffzellenstapel bleiben, kann ein Biegen des Stapels, wenn es überhaupt auftritt, möglicherweise zu einem Gleiten der Wellen 41, 42 oder der Stapelvorrichtungen 61 in Bezug zu den entsprechenden Positionierungsteilen oder entsprechend den Brennstoffzellenbauteilen führen und die ausgeübte Kraft kann bewirken, dass sich die Bauteile voneinander in der Stapelrichtung entfernen.
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Die Wellen 41, 42 können entfernt warden, wenn die Brennstoffzellen in einen Stapel gepackt werden. Wenn eine Abweichung des Stapels zwischen den Brennstoffzellen beim Stapeln der Brennstoffzellen auftritt, besteht die Möglichkeit, dass die Wellen 41, 42 nicht entfernt werden können.
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Die Stapelvorrichtungen 61 können eine höhere Biegesteifigkeit und eine kürzere Gesamtlänge als die Wellen 41, 42 aufweisen.
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Das in den 9 und 10 gezeigte Beispiel erzielt den Vorteil, dass selbst ein Stapel, bei dem sich zwei Brennstoffzellenstapelkörper Endplatten teilen, mit einem geringeren Grad an Abweichung zusammengebaut werden kann, indem die Positionierung in geeigneter Weise festgelegt wird.
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Die ersten Positionierungsteile 30 und die zweiten Positionierungsteile 50 können unter Verwendung des gleichen Stempels gestanzt werden. Hierdurch wird die Genauigkeit des Positionierens verbessert.
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Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen derselben beschrieben wurde, sollte es verstanden sein, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen oder Konstruktionen beschränkt ist. Im Gegenteil, es ist beabsichtigt, dass die Erfindung verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdeckt. Während verschiedene Elemente der beispielhaften Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen gezeigt sind, liegen zudem auch andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr, weniger oder nur ein einzelnes Element einschließen, im eigentlichen Sinn und Anwendungsbereich der Erfindung.
