DE112014005208T5

DE112014005208T5 - Schutzeinrichtung für eine Abdichtung eines Separators einer Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE112014005208T5
Application number: DE112014005208.6T
Authority: DE
Inventors: Takuya Kurihara; Kenji Sato
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2016-08-04
Anticipated expiration: 2034-10-18
Also published as: KR101795898B1; CN105190975B; US10418650B2; DE112014005208B4; CN105190975A; US20160248106A1; JP5979120B2; KR20150128875A; WO2015072082A1; JP2015097144A

Abstract

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die Haltbarkeit eines Dichtelements wie beispielsweise einer Gummidichtung bzw. Dichtung zu verbessern. Ein Boden 23 stellt eine Dichtfläche dar, die mit einer Dichtung 40 in Kontakt gelangt, die zwischen dem Boden 23 und einer angrenzenden Zelle angeordnet ist. Ein Kühlwassersammelrohr 411 ist ein Strömungspfad für Kühlwasser, der so ausgebildet ist, dass er einen Separator für eine Brennstoffzelle in dessen Dickenrichtung durchdringt. Ein Flansch 24 steht von einer Fläche eines ersten Separators in die Dickenrichtung vor und umgibt einen Teil des Kühlwassersammelrohres 411. Ein Bereich zwischen jeweiligen Enden T1 und T2 des Flansches 24 ist eine Öffnung K, die einen Strömungspfad in eine Ebenenrichtung des ersten Separators bildet. Eine geneigte Fläche 22, die an einer Grenzlinie RL des Flansches 24 liegt, ist der Dichtung 40 zugewandt ausgebildet, um die Bewegung der Dichtung 40 in einer angrenzenden Zelle zu beschränken. Am Ende T1, das an der Grenzlinie RL angeordnet ist, ist eine der Dichtung 40 gegenüberliegende Fläche von einer Schutzschicht 70 bedeckt, um die Dichtung zu schützen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abdichtung in einer Brennstoffzelle.
STAND DER TECHNIK
Bei einem bekannten Aufbau von Brennstoffzellen ist eine Dichtung zum Abdichten zwischen angrenzenden Brennstoffzellen in einer Vertiefung aufgenommen, die in einem Separator ausgebildet ist, um ein Kompressionsverhältnis der Dichtung beizubehalten. Die Vertiefung, in der die Dichtung angeordnet ist, wird unter Verwendung eines Flansches bzw. Kragens ausgebildet, der durch das vorstehende Ausbilden eines Randes eines Sammelrohres ausgebildet wird, das in dem Separator geöffnet ist (siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
DRUCKSCHRIFTEN
Patentliteratur

PTL 1: JP 2012-89387 A

KURZFASSUNG
Technisches Problem
Bei der Konfiguration, die den Flansch verwendet, der durch das vorstehende Ausbilden eines Randes eines Sammelrohres ausgebildet wird, um die Vertiefung zum Aufnehmen der Dichtung auszubilden, kann der Flansch nicht in einem Bereich zum Einbringen eines Fluids in die Ebene der Brennstoffzelle ausgebildet werden. Der Flansch ist daher nicht durchgehend und hat Flanschenden. Bei einem Brennstoffzellenstapel, der durch das Stapeln von Brennstoffzellen gebildet wird, die derartige Separatoren nutzen kann, wenn eine Brennstoffzelle durch eine externe Kraft verschoben wird, die Dichtung mit dem Flanschende interagieren und beschädigt werden.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die Haltbarkeit eines Dichtelements unter Berücksichtigung derartiger Umstände zu verbessern.
Lösung des Problems
Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, kann die Erfindung gemäß den nachfolgend beschriebenen Aspekten verwirklicht werden.

(1) Gemäß einem Aspekt wird ein Separator für eine Brennstoffzelle geschaffen, der bei einer Brennstoffzelle verwendet wird und derart angeordnet ist, dass er einer Membran-Elektroden-Anordnung zugewandt ist. Der Separator hat einen Separatormittelbereich, der einem Leistungserzeugungsbereich der Membran-Elektroden-Anordnung gegenüber liegt; einen Außenumfangsbereich, der außerhalb des Separatormittelbereichs verläuft; eine erste Sammelrohröffnung und eine zweite Sammelrohröffnung, die in dem Außenumfangsbereich angeordnet sind; einen Fluidströmungspfad, der von der ersten Sammelrohröffnung durch den Separatormittelbereich zur zweiten Sammelrohröffnung ausgebildet ist; eine Dichtung, die um einen Außenumfang des Fluidströmungsbereichs, der ersten Sammelrohröffnung und der zweiten Sammelrohröffnung angeordnet ist; und einen Flansch, der durch einen in eine Dickenrichtung des Separators vorstehenden Teil eines Bereichs, der die Sammelrohröffnung und die zweite Sammelrohröffnung umgibt, ausgebildet ist und sich entlang eines Außenrandes der ersten Sammelrohröffnung und der zweiten Sammelrohröffnung erstreckt. Eine Schutzschicht ist in einem der Dichtung gegenüberliegenden Teil am Ende des Flansches in Sammelrohraußenumfangsrichtung ausgebildet. Dieser Aspekt verbessert die Haltbarkeit des Dichtelements. Das Abdecken des Endes des Flansches mit der Schutzschicht in Sammelrohraußenumfangsrichtung verhindert, dass das Dichtelement beschädigt wird, selbst wenn das Dichtelement mit dem Ende interagiert.
(2) Gemäß einem anderen Aspekt wird eine Brennstoffzelle geschaffen, die einen Separator für eine Brennstoffzelle gemäß dem vorstehenden Aspekt als einen ersten Separator aufweist. Diese Brennstoffzelle weist weiter auf: einen zweiten Separator, der derart angeordnet ist, dass die Membran-Elektroden-Anordnung zwischen dem ersten Separator und dem zweiten Separator angeordnet ist; und ein Haftmittel, das vorgesehen ist, um den ersten Separator und den zweiten Separator miteinander zu verbinden Die Schutzschicht besteht aus einem Material, das identisch zu dem Material des Haftmittels ist. Dieser Aspekt erhöht die Anzahl der Materialien, die durch das Hinzufügen der Schutzschicht benötigt werden, nicht, und vereinfacht damit die Herstellung.
(3) Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Herstellungsverfahren für eine Brennstoffzelle gemäß dem vorstehenden Aspekt vorgeschlagen. Das Herstellungsverfahren weist das Ausbilden der Schutzschicht in einem Klebeprozess zum Verbinden des ersten Separators und des zweiten Separators miteinander vermittels des Haftmittels auf. Dieser Aspekt bildet die Schutzschicht gleichzeitig mit dem Kleben aus und vereinfacht damit die Herstellung.
(4) Bei dem Herstellungsverfahren gemäß dem vorstehenden Aspekt kann der Klebeprozess das Ausbilden des Haftmittels durch Spritzgießen zwischen den ersten Separator und den zweiten Separator umfassen, und die Schutzschicht kann aus einem Material bestehen, das zwischen den ersten Separator und eine Form, die zum Spritzgießen verwendet wird, geflossen ist. Dieser Aspekt benötigt keine separate Form zum Ausbilden der Schutzschicht und vereinfacht damit die Herstellung.

Die Erfindung kann auf verschiedene andere Weise als vorstehend dargestellt realisiert werden, beispielsweise als Brennstoffzellenstapel mit einer Mehrzahl der vorstehend beschriebenen Brennstoffzellen oder als Brennstoffzellensystem, das diesen Brennstoffzellenstapel umfasst.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt eine Draufsicht zur Darstellung einer Zelle;
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht zur Darstellung der Umgebung eines Kühlwassersammelrohres;
3 zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung der Umgebung eines Kühlwassersammelrohres;
4 zeigt ein Flussschaubild, das ein Herstellungsverfahren einer Zelle veranschaulicht;
5 zeigt eine Ansicht zur Darstellung eines ersten Herstellungsprozesses;
6 zeigt eine Ansicht zur Darstellung eines zweiten Herstellungsprozesses; und
7 zeigt eine Ansicht zur Darstellung der Ausbildung einer Schutzschicht.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine Draufsicht, die eine Zelle 110 darstellt. Ein Brennstoffzellenstapel wird durch Stapeln und Befestigen einer Mehrzahl von Zellen 110 in eine Z-Richtung, die in 1 angedeutet ist, ausgebildet. Die Zelle 110 hat eine Stapelstruktur aus einem ersten Separator 20, einer Membran-Elektroden-Anordnung 10 und einem zweiten Separator 30 (wie später unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wird). Der erste Separator 20 ist in 1 dargestellt.
Die Zelle 110 umfasst Kühlwassersammelrohre 411 bis 416, Brenngassammelrohre 511 und 512 sowie Luftsammelrohre 611 bis 622. Die Kühlwassersammelrohre 411 bis 413, das Brenngassammelrohr 511 und die Luftsammelrohre 611 bis 616 dienen zur Zufuhr, wohingegen die Kühlwassersammelrohre 414 bis 416, das Brenngassammelrohr 512 und die Luftsammelrohre 617 bis 622 zur Abfuhr dienen.
Wie in 1 dargestellt ist, sind Kühlwasserströmungspfade 420 im ersten Separator 20 ausgebildet. Der Fluss des Kühlwassers, das von den Kühlwassersammelrohren 411 bis 413 zugeführt wird, wird durch Rippen 430 geregelt, fließt durch die Kühlwasserströmungspfade 420 und wird von den Kühlwasserströmungspfaden 414 bis 416 ausgetragen.
1 zeigt auch Dichtlinien SL1 bis SL5 auf dem ersten Separator 20. Die Dichtlinien SL1 bis SL5 sind jeweils virtuelle Linien von geschlossenen Kurven, welche die Grenzen zum Abdichten der jeweiligen Strömungspfade darstellen, um zu vermeiden, dass Kühlwasser, Brenngas und Luft miteinander vermischt werden. Die hierbei dargestellte Kurve ist nicht auf eine differenzierbare Kurve beschränkt sondern kann auch einen nicht differenzierbaren Teil wie die Dichtlinien SL1 bis SL5 umfassen.
2 ist eine vergrößerte Darstellung, die einen Bereich 2 (in der Umgebung des Kühlwassersammelrohres 411) in 1 zeigt. Gleichwohl werden die Rippen 430 in der Darstellung von 2 nicht gezeigt. 3 zeigt A-B-C Schnitte in 2 bezüglich zweier gestapelter Zellen 110.
Wie in 3 dargestellt ist, sind die Membran-Elektroden-Anordnung 10 und ein poröser Strömungspfad 35 zwischen dem ersten Separator 20 und dem zweiten Separator 30 auf der rechten Seite des A-B Schnitts (dem Mittelbereich der Zelle 110) platziert. Der poröse Strömungspfad 35 besteht aus einem porösen Material mit einem Gasdiffusionsvermögen und elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise aus porösem Metall (z. B. expandiertem Material). Der poröse Strömungspfad 35 ist hochporös und dient dementsprechend als Strömungspfad, durch den ein reaktives Gas bzw. Reaktionsgas strömt. Ein Dichtklebemittel 25 ist zwischen dem ersten Separator 20 und dem zweiten Separator 30 in einem Außenumfangsbereich angeordnet, in dem die jeweiligen vorstehend beschriebenen Sammelrohre angeordnet sind.
Das Dichtklebemittel 25 dient zum Verkleben des ersten Separators 20 am zweiten Separator 30 und Abdichten der jeweiligen Sammelrohre gegenüber der Atmosphäre. Die vorstehend Bezug nehmend auf 1 beschriebene Abdichtung wird durch eine Dichtung 40 ausgebildet, die in den 2 und 3 dargestellt ist. Die Dichtung 40 besteht aus einem Material, das gasundurchlässig, elastisch und wärmebeständig ist. Das verfügbare Material ist insbesondere ein Gummi oder ein Elastomer, und ist genauer gesagt ein Silikongummi, Butylgummi, Acrylgummi, Naturkautschuk, Fluorgummi, Ethylen-Propylengummi, ein Styrenelastomer oder ein Fluorelastomer. Andere Materialien können bei entsprechender Eignung auch verwendet werden.
Wie in den 2 und 3 dargestellt ist, ist die Dichtung 40 auf einem Boden 23 angeordnet. Die Dichtung 40 dieser Ausführungsform wird mit dem zweiten Separator 30 verklebt, wie später beschrieben werden wird, während sie mit dem ersten Separator 20 in Kontakt steht mit diesem jedoch nicht verklebt ist. Zur Vereinfachung der Darstellung ist jedoch die Dichtung 40 mit dem ersten Separator 20 in Kontakt stehend in den 2 und 3 dargestellt.
Der Boden 23 ist ein vertiefter Bereich des ersten Separators 20 in Z-Richtung, wie in 3 dargestellt ist. Das Anordnen der Dichtung 40 in dem vertieften Bereich des ersten Separators 20 bestimmt die Position der Dichtung 40 (den Höhenabstand zwischen dem Boden 23 und einer Kontaktfläche 21). Dies ermöglicht, dass die zwischenjeweilige benachbarte Zellen eingesetzte Dichtung 40 ein einheitliches Kompressionsverhältnis bildet und verbessert die Abdichtleistung der gesamten Brennstoffzelle. Wie in 3 dargestellt ist, ist eine geneigte Fläche 22 eine Ebene, die den Boden 23 schräg mit der Kontaktfläche 21 verbindet. Die geneigte Fläche 22 kann durch eine vertikale Ebene, die senkrecht zu dem Boden 23 und der Kontaktfläche 21 ausgebildet ist, ersetzt werden.
Wie in 3 dargestellt ist, ist die Kontaktfläche 21 ein Bereich, der mit einer angrenzenden Zelle 110 in Kontakt steht. Die Kontaktfläche 21 und die geneigte Fläche 22 sind ein Teil eines Flansches bzw. Kragens 24, der nachfolgend beschrieben werden wird. Der Flansch 24 ist ein konvex in Dickenrichtung der Brennstoffzelle 110 vorstehender Körper und bildet das Kühlwassersammelrohr 411.
Die geneigte Fläche 22 ist der Dichtung 40 zugewandt angeordnet und dient damit zum Einschränken der Bewegung der Dichtung 40 in eine XY-Ebene. Wenn sich beispielsweise die Dichtung 40 aufgrund z. B. einer externen Kraft, die durch das Verschieben einer der gestapelten Zellen der Brennstoffzellen induziert wird, entlang der XY-Ebene bewegt, gelangt die Dichtung 40 mit der geneigten Fläche 22 in Kontakt, wodurch eine weitere Bewegung gestoppt wird. Diese Funktion wird durch einen Teil der geneigten Fläche 22 erreicht. Dieser Teil bezeichnet einen Abschnitt, der entlang einer der Dichtlinien SL1 bis SL5 ausgebildet ist. In dem in 2 dargestellten Bereich entspricht dieser Teil der geneigten Fläche 22, die an einer Grenzlinie RL angeordnet ist. Die Grenzlinie RL ist eine Kurve entlang eines Teils entlang der Dichtlinie SL1, wie in 2 dargestellt.
Der Flansch bzw. Kragen 24 ist einen Teil des Kühlwassersammelrohres 411 umgebend ausgebildet, wie in 2 dargestellt. Der Flansch 24 ist so ausgebildet, dass er nicht den gesamten Außenumfang umgibt, sondern einen Teil des Außenumfangs des Kühlwassersammelrohres 411, da es notwendig ist, dass ein Einlass für Kühlwasser in einer Zellenebenenrichtung vorhanden ist. Gemäß dieser Ausführungsform fließt das Kühlwasser annähernd in eine positive X-Richtung, so dass eine Öffnung K als Einlass des Kühlwassers in diese Richtung ausgebildet ist. Die Öffnung K bezeichnet einen Bereich, in welchem der Flansch 24 nicht ausgebildet ist.
Das Ausbilden der Öffnung K schafft den Flansch 24 mit zwei Enden T1 und T2. Das Ende T1 ist ein Ende, das an bzw. auf der Grenzlinie RL liegt, während das Ende T2 ein Ende ist, das nicht an bzw. auf der Grenzlinie RL liegt.
Ein jedes der Enden T1 und T2 umfasst Verbindungsflächen 26 und 27. Die Verbindungsfläche 26 ist so angeordnet, um die Kontaktfläche 21 mit dem Boden 23 zu verbinden, und die Verbindungsfläche 27 ist eine gekrümmte Fläche, die derart angeordnet ist, um die Kontaktfläche 21 und die geneigte Fläche 22 mit der Verbindungsfläche 26 zu verbinden. Die jeweiligen Enden T1 und T2 können auch als Teil der Öffnung K betrachtet werden.
Wie in den 2 und 3 dargestellt ist, ist eine Schutzschicht 70 ausgebildet, um einen Teil der geneigten Fläche 22 und der Enden T1 und T2 abzudecken. Ein Teil der geneigten Fläche 22, die durch den Schutzfilm 70 bedeckt ist, ist ein Bereich in der Umgebung der Enden T1 und T2.
Diese Ausführungsform verwendet einen nachfolgend beschriebenen Herstellungsprozess, so dass das Material der Schutzschicht 70 identisch zum Material des Dichtklebemittels 25 ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Material des Dichtklebemittels 25 und das der Schutzschicht 70 gleich dem Material der Dichtung 40.
Das Abdecken der Umgebung des Endes T1, welches das Ende darstellt, das auf der Grenzlinie RL liegt, mit der Schutzschicht 70 verhindert, dass die Dichtung 40 beschädigt wird. Dies liegt daran, dass selbst wenn die Dichtung 40 sich durch eine externe Kraft bewegt und mit der Umgebung des Endes T1 in Kontakt gelangt, oder genauer gesagt, mit einer Grenze zwischen der geneigten Fläche 22 und der Verbindungsfläche 27, die Grenze durch die Schutzschicht 70 aus einem elastischen Material bedeckt ist.
Die vorstehende Beschreibung unter Bezugnahme auf die 2 und 3 bezieht sich auf das Kühlwassersammelrohr 411, ist jedoch in gleicher Weise auf alle anderen Kühlwassersammelrohre anwendbar. Wie das Kühlwassersammelrohr 411 ist, bezüglich der Kühlwassersammelrohre 413, 414 und 416, wahrscheinlich, dass das Ende Ti mit der Dichtung 40 in Kontakt gelangt. Bezüglich des Kühlwassersammelrohres 412 können, wenn der Flansch 24 beispielsweise nur durch Bereiche, die parallel zur angrenzenden Dichtung 40 sind, beide Enden des Flansches 24 mit der Dichtung 40 in Kontakt gelangen.
4 ist ein Flussschaubild, das ein Herstellungsverfahren der Zelle 110 veranschaulicht. Das Herstellungsverfahren der Zelle 110 wird grob in einen ersten Herstellungsprozess (Schritte S702 bis S710) und einen zweiten Herstellungsprozess (Schritt S712 bis S728) unterteilt. Der erste Herstellungsprozess ist ein Prozess zum Ausbilden der Dichtung 40 auf dem zweiten Separator 30. Der zweite Herstellungsprozess ist ein Prozess zum Verbinden bzw. Aneinanderkleben des ersten Separators 20 mit dem zweiten Separator 30, auf dem die Dichtung 40 ausgebildet ist, um die Zelle 110 auszubilden.
5 ist eine Darstellung, die den ersten Herstellungsprozess veranschaulicht. Der Prozess stellt zuerst eine Form 300 zum Ausformen der Dichtung 40 bereit (Schritt S702). Die Form 300 besteht aus einer oberen Form 310 und einer unteren Form 320, wie in 5 dargestellt ist.
Die obere Form 310 umfasst eine flache Formebene 311, eine Dichtungsausbildungsstruktur 312 und eine Einspritzöffnung 313. Die flache Formebene 311 ist eine Ebene, die mit einer Außenfläche des zweiten Separators 30 in Kontakt gelangt. Die Dichtungsausbildungsstruktur 312 ist eine Vertiefung zum Ausbilden der Dichtung 40 auf dem zweiten Separator 30. Die Einspritzöffnung 313 ist ein Strömungspfad zum Einspritzen eines Materials zum Ausbilden der Dichtung 40 auf dem zweiten Separator 30. Die untere Form 320 umfasst eine flache Formebene 321. Die flache Formebene 321 ist eine Ebene, die mit einer Innenfläche des zweiten Separators 30 in Kontakt gelangt.
Bei dem Prozess wird anschließend ein Primer bzw. Haftgrund in einem Bereich auf der Außenfläche des zweiten Separators 30 aufgebracht, in welchem die Dichtung 40 ausgebildet werden soll (Schritt S704). Der Primer wird aufgebracht, um eine Klebeschicht für die Dichtung 40 auf dem zweiten Separator 30 auszubilden. Gemäß dieser Ausführungsform wird ein Klebstoff als Primer verwendet.
Dann platziert der Prozess den zweiten Separator 30 in der Form 300 und schließt die Form 300 (Schritt S706). Ein bestimmter Ablauf platziert den zweiten Separator 30 relativ zur flachen Formebene 321 der unteren Form 320, so dass die flache Formebene 321 der Innenfläche des zweiten Separators 30 zugewandt ist, und schließt anschließend die obere Form 310 relativ zur unteren Form 320.
Anschließend spritzt der Prozess ein Material zum Ausbilden einer nicht vulkanisierten Dichtung 40 aus der Einspritzöffnung 313 der oberen Form 310 ein, um die Dichtung 40 durch Spritzgießen auszubilden (Schritt S708). Gemäß dieser Ausführungsform bezeichnet ein „Material zum Ausbilden der nicht vulkanisierten Dichtung 40” eine Mixtur aus Schwefel mit einem elastischen Material wie Gummi bzw. Kautschuk oder einem Elastomer als Basis für die Dichtung 40, beispielsweise flüssigen Gummi oder festen Gummi, der mit einem Vulkanisierungsmittel vermischt ist.
Dann führt der Prozess eine Vulkanisierung (Erhitzung) aus, um die Dichtung 40 auszubilden, und öffnet die obere Form 310 relativ zur unteren Form 320, um den zweiten Separator 30 aus der Form zu entfernen (Schritt S710). Diese Abfolge des ersten Herstellungsprozesses bildet den zweiten Separator 30 mit der auf einer flachen Ebene 31 ausgebildeten Dichtung 40.
6 ist eine Darstellung zum Erläutern des zweiten Herstellungsprozesses. Dieser Prozess stellt zunächst eine Form 200 zum Pressformen zur Verfügung (Schritt S712). Wie in 6 dargestellt ist, besteht die Form 200 aus einer oberen Form 210 und einer unteren Form 220.
Die obere Form 210 hat eine erste flache Formebene 211, eine Dichtungsaufnahmestruktur 212, eine Sammelrohrausbildungsstruktur 214, eine zweite flache Formebene 215 und eine Einspritzöffnung 216.
Die erste flache Formebene 211 ist eine Ebene, die mit der Außenfläche des zweiten Separators 30 in Kontakt gelangt. Die Dichtungsaufnahmestruktur 212 ist eine Ausnehmung zum Aufnehmen der Dichtung 40, die auf dem zweiten Separator 30 ausgebildet ist. Die Sammelrohrausbildungsstruktur 214 ist eine konvexe Form, die mit der unteren Form 220 in Kontakt gelangt und das Kühlwassersammelrohr 411 ausbildet, wenn die obere Form 210 relativ zur unteren Form 220 geschlossen wird. Die zweite flache Formebene 215 ist eine Ebene, die mit der Außenfläche des zweiten Separators 30 in Kontakt gelangt. Die Einspritzöffnung 216 ist ein Strömungspfad zum Einspritzen eines Materials zum Ausbilden des Dichtklebemittels 25 auf dem zweiten Separator 30.
Nach dem Bereitstellen der Form 200 bringt der Prozess zunächst einen Primer bzw. Haftgrund auf einer Innenfläche des ersten Separators 20 auf (Schritt S714). Nach Aufbringen des Primers platziert der Prozess den ersten Separator 20 relativ zur unteren Form 220 (Schritt S716). Der Prozess platziert dann die Membran-Elektroden-Anordnung 10 relativ zum platzierten ersten Separator 20 (Schritt S718).
Anschließend bringt der Prozess den Primer auf der Innenfläche des zweiten Separators 30 (einer gegenüberliegenden Fläche, die der Fläche gegenüberliegt, auf der die Dichtung 40 ausgebildet ist) auf (Schritt S720).
Dann platziert der Prozess den zweiten Separator 30 relativ zur bereits angeordneten Membran-Elektroden-Anordnung 10 derart, dass die Membran-Elektroden-Anordnung 10 der Innenfläche des zweiten Separators 30 zugewandt ist, und platziert den porösen Strömungspfad 35 zwischen der Membran-Elektroden-Anordnung 10 und dem zweiten Separator 30 (Schritt S722).
Anschließend schließt der Prozess die obere Form 210 relativ zur unteren Form 220 (Schritt S724). Beim Schließen der Form wird die auf dem zweiten Separator 30 ausgebildete Dichtung 40 in der Dichtungsaufnahmestruktur 212 der oberen Form 210 aufgenommen.
Dann spritzt der Prozess ein Material zum Ausbilden des nicht vulkanisierten Dichtklebemittels 25 durch die Einspritzöffnung 216 der oberen Form 210 ein, um das Dichtklebemittel 25 durch Spritzgießen auszubilden (Schritt S726).
Dann führt der Prozess anschließend eine Vulkanisierung zum Ausbilden des Dichtklebemittels 25 durch und öffnet die obere Form 210 relativ zur unteren Form 220, um die Zelle 110 aus der Form zu entnehmen (Schritt S728). Diese Abfolge des zweiten Herstellungsprozesses produziert die Zelle 110.
7 ist eine Darstellung, welche die Ausbildung der Schutzschicht 70 darstellt, und die untere Form 220 zusätzlich zur vergrößerten Ansicht des A-B Schnitts aus 3 zeigt. Die Schutzschicht 70 wird im zweiten Herstellungsprozess ausgebildet. Wie in den 6 und 7 gezeigt ist, wird die untere Form 220 vom ersten Separator 20 bedeckt, um zu vermeiden, dass das Material für das Dichtklebemittel 25 in einen Freiraum zwischen dem ersten Separator 20 und der unteren Form 220 fließt.
Gemäß dieser Ausführungsform jedoch sind die Designabmessungen derart ausgestaltet, um einen kleinen Freiraum zwischen der geneigten Fläche 22 und der unteren Form 220 auszubilden. Das Material für das Dichtklebemittel 25 fließt dann in diesen Freiraum, so dass die Schutzschicht 70 durch Spritzgießen ausgebildet wird. Ein derartiges Einfließen wird durch einen Pfeil F in 2 veranschaulicht. Ein Pfeil, der das Einfließen in das Ende T1 darstellt, wird zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen. Die Einströmrichtung entspricht einer Richtung von der Vorderseite zur Hinterseite der Papierfläche in 7. Dieser Freiraum ist klein, so dass der Einströmbereich des Materials auf die Umgebung der Enden T1 und T2 beschränkt ist. Dementsprechend wird die Schutzschicht 70 in der Umgebung der Enden T1 und T2 ausgebildet.
Das tatsächliche Produkt hat einen Abmessungsspielraum, so dass es schwierig ist, vollständig zu vermeiden, dass das Material in den Freiraum zwischen dem ersten Separator 20 und der unteren Form 220 strömt. Das Einfließen des Materials zum Ausbilden der Schutzschicht 70 kann als Technik erachtet werden, die Nutzen aus diesem Phänomen zieht.
Zusätzlich verhindert das Ausbilden des Freiraums zwischen der geneigten Fläche 22 und der unteren Form 220 das Interagieren der geneigten Fläche 22 mit der unteren Form 220 und verringert einen Fehler bei der Anordnung des ersten Separators 20 relativ zur untern Form 220, wodurch ein Fehler bei der Herstellung verringert werden kann.
Das vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren bildet auch die Schutzschicht 70 an den Enden T2 der Kühlwassersammelrohre 411, 413, 414 und 416 aus, und an den Enden T1 und T2 der Kühlwassersammelrohre 412 und 415.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform, die Beispiele und die vorstehend beschriebenen Abwandlungen beschränkt, sondern kann auf vielerlei andere Art und Weise ausgeführt werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die technischen Merkmale der Ausführungsform, der Beispiele oder der Abwandlungen, die den technischen Merkmalen der jeweiligen Aspekte entsprechen, die in der Kurzfassung beschrieben wurden, ersetzt oder in geeigneter Weise kombiniert werden, um einen Teil oder alle der vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, oder um einen Teil oder alle der vorstehend beschriebenen vorteilhaften Effekte zu erzielen. Ein jedes der technischen Merkmale kann in geeigneter Weise weggelassen werden, außer das technische Merkmal ist hierin als wesentlich beschrieben. Einige Beispiele für mögliche Abwandlungen werden nachfolgend dargestellt.
Die Schutzschicht kann in einem anderen Prozess als bei dem Spritzgießvorgang des Dichtklebemittels hergestellt werden. Beispielsweise kann die Schutzschicht aufgetragen werden oder kann durch Spritzgießen unter Verwendung einer separaten Form ausgebildet werden.
Das Material der Schutzschicht kann sich von den Materialien des Dichtklebemittels und der Dichtung unterscheiden. Für den Schutz der Dichtung ist jedoch ein weiches Material bevorzugt. Die Dichtung kann geschützt werden, indem der Vorteil der Elastizität, wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, ausgenutzt wird, oder kann geschützt werden, in dem der Vorteil einer plastischen Verformung (beispielsweise Viskosität) ausgenutzt wird.
Die Dichtung kann gleichzeitig mit der Vulkanisierung des Dichtklebemittels vulkanisiert werden, oder kann nach der Vulkanisierung des Dichtklebemittels vulkanisiert werden.
Der Bereich, in dem die Schutzschicht ausgebildet wird, ist nicht auf die Umgebung des Endes der geneigten Fläche beschränkt, sondern kann einen Bereich umfassen, der entfernt vom Ende der geneigten Fläche ist, oder kann sogar die gesamte Fläche der geneigten Fläche umfassen.
Die Schutzschicht braucht nicht an einem Ende ausgebildet werden, das unwahrscheinlich mit der Dichtung interagiert (beispielsweise am Ende T2, das in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beschrieben wurde, oder an Enden der Kühlwassersammelrohre 412 und 415).
Der poröse Strömungspfad kann weggelassen werden. In diesem Fall kann ein nutförmiger Strömungspfad im zweiten Separator ausgebildet werden.
Bezugszeichenliste

10: Membran-Elektroden-Anordnung
20: erster Separator
21: Kontaktfläche
22: geneigte Fläche
23: Boden
24: Flansch
25: Dichtklebemittel
26: Verbindungsfläche
27: Verbindungsfläche
30: zweiter Separator
31: flache Ebene
35: poröser Strömungspfad
40: Dichtung
70: Schutzschicht
110: Zelle
200: Form
210: obere Form
211: erste flache Formebene
212: Dichtungsaufnahmestruktur
214: Sammelrohrausbildungsstruktur
215: zweite flache Formebene
216: Einspritzöffnung
220: untere Form
221: flache Formebene
300: Form
310: obere Form
311: flache Formebene
312: Dichtungsausbildungsstruktur
313: Einspritzöffnung
320: untere Form
321: flache Formebene
411–416: Kühlwassersammelrohre
420: Kühlwasserströmungspfade
430: Rippen
511, 512: Brenngassammelrohre
611–617: Luftsammelrohre
K: Öffnung
T1, T2: Enden
RL: Grenzlinie
SL1–SL6: Dichtlinien

Claims

Separator für eine Brennstoffzelle, der bei einer Brennstoffzelle verwendet wird und derart angeordnet ist, dass er einer Membran-Elektroden-Anordnung zugewandt ist, wobei der Separator aufweist: einen Separatormittelbereich, der einem Leistungserzeugungsbereich der Membran-Elektroden-Anordnung gegenüber liegt; einen Außenumfangsbereich, der außerhalb des Separatormittelbereichs verläuft; eine erste Sammelrohröffnung und eine zweite Sammelrohröffnung, die in dem Außenumfangsbereich angeordnet sind; einen Fluidströmungspfad, der von der ersten Sammelrohröffnung durch den Separatormittelbereich zur zweiten Sammelrohröffnung ausgebildet ist; eine Dichtung, die um einen Außenumfang des Fluidströmungsbereichs, der ersten Sammelrohröffnung und der zweiten Sammelrohröffnung angeordnet ist; und einen Flansch, der durch einen in eine Dickenrichtung des Separators vorstehenden Teil eines Bereichs, der die Sammelrohröffnung und die zweite Sammelrohröffnung umgibt, ausgebildet ist und sich entlang eines Außenrandes der ersten Sammelrohröffnung und der zweiten Sammelrohröffnung erstreckt, wobei eine Schutzschicht in einem der Dichtung gegenüberliegenden Teil am Ende des Flansches ausgebildet ist.
Brennstoffzelle mit einem Separator für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 1 als einem ersten Separator, wobei die Brennstoffzelle weiter aufweist: einen zweiten Separator, der derart angeordnet ist, dass die Membran-Elektroden-Anordnung zwischen dem ersten Separator und dem zweiten Separator angeordnet ist; und ein Haftmittel, das vorgesehen ist, um den ersten Separator und den zweiten Separator miteinander zu verbinden, wobei die Schutzschicht aus einem Material besteht, das identisch zu dem Material des Haftmittels ist.
Herstellungsverfahren für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 2, wobei das Herstellungsverfahren aufweist: Ausbilden der Schutzschicht in einem Klebeprozess zum Verbinden des ersten Separators und des zweiten Separators miteinander vermittels des Haftmittels.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 3, wobei der Klebeprozess das Ausbilden des Haftmittels durch Spritzgießen zwischen den ersten Separator und den zweiten Separator umfasst, und die Schutzschicht aus einem Material besteht, das zwischen den ersten Separator und eine Form, die zum Spritzgießen verwendet wird, geflossen ist.
Brennstoffzellenstapel mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen nach Anspruch 2.