JP2007066868A - Apparatus for separator manufacturing and method for manufacturing separator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池が備えるセパレータの製造装置とその製造方法に関する。 The present invention relates to a separator manufacturing apparatus provided in a fuel cell and a manufacturing method thereof.
例えば固体高分子電解質型の燃料電池は、膜−電極接合体(MEA:Membrane-Electrode Assembly )と、一対のセパレータとからなるセルを複数積層したスタック構造を有している。MEAは、イオン交換膜からなる電解質膜と、この電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極(アノード)および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極(カソード)とからなる。 For example, a solid polymer electrolyte fuel cell has a stack structure in which a plurality of cells including a membrane-electrode assembly (MEA) and a pair of separators are stacked. The MEA includes an electrolyte membrane made of an ion exchange membrane, an electrode (anode) made of a catalyst layer disposed on one surface of the electrolyte membrane, and an electrode (cathode) made of a catalyst layer placed on the other surface of the electrolyte membrane. .
一対のセパレータ、より具体的には、隣り合うセルの一方のセルのセパレータと他方のセルのセパレータとからなる一対のセパレータを接合する方法として、例えば特許文献1には、接着剤を用いずに抵抗溶接により接合する方法が開示されている。
しかしながら、上記特許文献に開示されている技術では一律に通電を行っているため、セパレータの厚さ、材質、表面処理等のバラツキの影響を受け、セパレータ同士を確実に接合することが困難であるという問題がある。 However, since the technology disclosed in the above-mentioned patent document is uniformly energized, it is difficult to reliably join the separators under the influence of variations in the thickness, material, surface treatment, etc. of the separators. There is a problem.
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、セパレータ同士をより確実に接合することができるセパレータの製造装置とその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a separator manufacturing apparatus and a manufacturing method thereof that can more reliably join separators together.
本発明においては、上記の課題を解決するために以下の手段を採用した。すなわち、請求項1に記載のセパレータ製造装置は、少なくとも一部が接触する一対のセパレータに対して、電気的に独立した電極にて、当該一対のセパレータが互いに接触した部分のうち互いに異なる位置をそれぞれ溶接することを特徴とする。
In the present invention, the following means are employed in order to solve the above problems. That is, the separator manufacturing apparatus according to
本発明によれば、電極に電流を流すとセパレータが発熱し、これによりセパレータが互いに抵抗溶接される。このとき、電気的に独立した電極にて通電を行うことにより、セパレータの状態、すなわち、セパレータ間の接触面積、セパレータ厚み、ロウ材、セパレータ材質、耐食性向上のために施工されるコーティング層の表面粗さ等に応じて通電量ひいては発熱量を制御することが可能になり、セパレータ同士をより確実に接合することができる。また、接合後においては、接触部の通電検査を行うことも可能である。 According to the present invention, when a current is passed through the electrodes, the separator generates heat, and the separators are resistance-welded to each other. At this time, the state of the separator, that is, the contact area between the separators, the separator thickness, the brazing material, the separator material, and the surface of the coating layer that is applied to improve the corrosion resistance by conducting electricity with an electrically independent electrode. It is possible to control the energization amount and thus the heat generation amount according to the roughness and the like, and the separators can be more reliably joined. Further, after joining, it is also possible to conduct an energization inspection of the contact portion.
請求項2に記載の発明は、少なくとも一部が接触する一対のセパレータに対して、一対のセパレータが互いに接触する部分を、電極によってそれぞれ独立に溶接することを特徴とする。
The invention according to
本発明によれば、電極に電流を流すとセパレータが発熱し、これによりセパレータが互いに抵抗溶接される。このとき、セパレータが互いに接触する部分を、電極に通電してそれぞれ独立に溶接することにより、セパレータの状態、すなわち、セパレータ間の接触面積、セパレータ厚み、ロウ材、セパレータ材質、耐食性向上のために施工されるコーティング層の表面粗さ等に応じて通電量ひいては発熱量を制御することが可能になり、セパレータ同士をより良好に接合することができる。 According to the present invention, when a current is passed through the electrodes, the separator generates heat, and the separators are resistance-welded to each other. At this time, the portions where the separators contact each other are energized to the electrodes and welded independently to improve the state of the separators, that is, the contact area between the separators, the separator thickness, the brazing material, the separator material, and the corrosion resistance. Depending on the surface roughness of the coating layer to be applied, etc., it is possible to control the amount of electricity and thus the amount of heat generated, and the separators can be bonded more satisfactorily.
請求項3に記載の発明は、一対の燃料電池用セパレータを接合するセパレータ製造装置において、積層させた状態で少なくとも一部が接触する前記一対のセパレータを積層方向両側から挟持する一対の電極と、該電極に対する通電を行う通電制御装置とを備え、少なくとも一方の前記電極は、電気的に独立した複数の導通領域を備え、各導通領域が前記セパレータの異なる領域に接触した状態でこれら各導通領域が独立して通電制御されることにより、前記一対のセパレータが互いの接触部において溶接されることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the separator manufacturing apparatus for joining a pair of fuel cell separators, a pair of electrodes sandwiching the pair of separators that are at least partially in contact with each other in a stacked state from both sides in the stacking direction; An energization control device for energizing the electrodes, and at least one of the electrodes includes a plurality of electrically independent conduction regions, and each conduction region is in contact with a different region of the separator. Are controlled to be energized independently, whereby the pair of separators are welded to each other at the contact portions.
本発明によれば、一方の電極から他方の電極に電流が流れる際にセパレータが発熱し、これによりセパレータが互いに抵抗溶接される。通電制御は各導通領域に対して独立して行われることにより、各導通領域が接するセパレータの状態、すなわち、セパレータ間の接触面積、セパレータ厚み、ロウ材、セパレータ材質、耐食性向上のために施工されるコーティング層の表面粗さ等に応じて通電量ひいては発熱量を制御することで、セパレータ同士をより確実に接合することができる。 According to the present invention, when current flows from one electrode to the other, the separator generates heat, and the separators are resistance-welded to each other. The energization control is performed independently for each conduction region, so that it is applied to improve the state of the separator in contact with each conduction region, that is, the contact area between the separators, the separator thickness, the brazing material, the separator material, and the corrosion resistance. By controlling the energization amount and thus the heat generation amount according to the surface roughness or the like of the coating layer to be coated, the separators can be bonded more reliably.
また、接合後においては、前記導通領域に対して通電を行うことで、接触部の通電検査を行うことも可能である。 Moreover, after joining, it is also possible to conduct an energization inspection of the contact portion by energizing the conduction region.
なお、一対のセパレータの接触部の一つに対して電極の一つの導通領域を接触させてもよいし、一つの導通領域に複数の接触部を対応させてもよい。 One conductive region of the electrode may be brought into contact with one of the contact portions of the pair of separators, or a plurality of contact portions may correspond to one conductive region.
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のセパレータ製造装置において、前記各電極は、前記セパレータの前記接触部を前記積層方向両側からそれぞれ支持する複数の凸部を備え、前記導通領域は、前記凸部間に設けられた非導通部を境界とすることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the separator manufacturing apparatus according to the third aspect, each of the electrodes includes a plurality of convex portions that respectively support the contact portion of the separator from both sides in the stacking direction. Is characterized by having a non-conductive portion provided between the convex portions as a boundary.
本発明によれば、セパレータと電極とが接触しない部位に導通領域の境界が位置する。各接触部は、電極に設けられた非導通部によりそれぞれ電気的に独立した状態となり、各接触部に対して独立して通電制御が可能となる。 According to the present invention, the boundary of the conduction region is located at a site where the separator and the electrode do not contact. Each contact portion becomes electrically independent by a non-conduction portion provided on the electrode, and energization control can be performed independently for each contact portion.
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載のセパレータ製造装置において、一方の電極に設けられた一つの導通領域が、他方の電極に設けられた複数の導通領域に対して前記セパレータを介して電気的に導通するように前記非導通部が設けられ、これにより前記各導通領域による導通経路が前記接触部を経ることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the separator manufacturing apparatus according to the fourth aspect of the present invention, one conductive region provided in one electrode is connected to the plurality of conductive regions provided in the other electrode. The non-conducting portion is provided so as to be electrically connected to each other, whereby a conduction path by each of the conductive regions passes through the contact portion.
本発明によれば、非導通部の配置を適宜工夫することにより、例えば一方の電極の導通領域から対向する他方の電極の導通領域に電流を流し、さらに他の接触部を通じて前記一方の電極側の他の導通領域に電流を流すことが可能となる。これにより、導通領域の数が減るため、装置系の構成を簡素化することができる。 According to the present invention, by appropriately devising the arrangement of the non-conductive portion, for example, a current is passed from the conductive region of one electrode to the conductive region of the other electrode, and the one electrode side through the other contact portion. It is possible to pass a current through the other conduction region. Thereby, since the number of conduction | electrical_connection areas reduces, the structure of an apparatus type | system | group can be simplified.
請求項6に記載の発明は、一対の燃料電池用セパレータを接合するセパレータ製造方法において、前記一対のセパレータをそれらの少なくとも一部において互いに接触させると共に、その接触部を複数の通電グループに分け、前記通電グループ毎に独立して前記接触部に対して通電制御することで前記接触部を発熱させ、これにより前記一対のセパレータを溶接することを特徴とする。
The invention according to
本発明によれば、各接触部を通電グループごと独立して通電制御することにより、セパレータが発熱して各接触部が抵抗溶接される。通電グループ毎に通電制御を行うことにより、セパレータ間の接触面積、セパレータ厚み、ロウ材、セパレータ材質、耐食性向上のために施工されたコーティング層の表面粗さ等が異なっていても、それに応じて通電量ひいては発熱量を制御することで、セパレータ同士をより確実に接合することができる。 According to the present invention, by conducting energization control of each contact portion independently for each energization group, the separator generates heat and the contact portions are resistance welded. By conducting energization control for each energization group, even if the contact area between separators, separator thickness, brazing material, separator material, surface roughness of the coating layer applied to improve corrosion resistance, etc. are different, By controlling the energization amount and thus the heat generation amount, the separators can be more reliably joined.
なお、一対のセパレータの接触部の一つを一つの通電グループとしてもよいし、一つの通電グループに複数の接触部を対応させてもよい。 One contact portion of the pair of separators may be one energization group, or a plurality of contact portions may correspond to one energization group.
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載のセパレータ製造方法において、前記一対のセパレータの間にロウ材を挟み、該ロウ材を通電により溶解させて前記一対のセパレータを溶接することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the separator manufacturing method according to the sixth aspect, a brazing material is sandwiched between the pair of separators, and the brazing material is melted by energization to weld the pair of separators. Features.
本発明によれば、セパレータよりも低融点のロウ材を用いてロウ付け接合することで、接合温度を下げることが可能になり、接合後の冷却過程で生じ得るセパレータの歪み発生を抑えることができる。 According to the present invention, it is possible to lower the joining temperature by brazing using a solder having a melting point lower than that of the separator, and to suppress the occurrence of distortion of the separator that may occur in the cooling process after joining. it can.
請求項8に記載の発明は、請求項6に記載のセパレータ製造方法において、前記一対のセパレータの間に導電性樹脂からなる接合フィルムを挟み、該接合フィルムを通電により溶解させて前記一対のセパレータを溶接することを特徴とする。
The invention according to
本発明によれば、セパレータよりも軟質の導電性樹脂からなる接合フィルムを用いてセパレータ同士を接合することで、接触部におけるうねり等を吸収してセパレータ同士を良好に溶接して接合することができる。 According to the present invention, by joining the separators using a joining film made of a conductive resin that is softer than the separators, it is possible to absorb the swell in the contact portion and weld the separators well to join them. it can.
請求項9に記載の発明は、請求項6から8に記載のセパレータ製造方法において、前記一対のセパレータの溶接後、さらに前記接触部に通電を行うことで該接触部の通電検査を行うことを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the separator manufacturing method according to the sixth to eighth aspects, after the pair of separators are welded, the contact portion is further energized to conduct an energization inspection of the contact portion. Features.
本発明によれば、溶接後、各接触部に小電流を流すことにより通電検査が可能である。すなわち、独立した各導通領域で通電検査が可能であるから、接合不良等を容易に検出することができる。 According to the present invention, it is possible to inspect the energization by passing a small current through each contact portion after welding. That is, since a current check can be performed in each independent conduction region, it is possible to easily detect a bonding failure or the like.
本発明においては、以下の効果を得ることができる。すなわち、請求項1に記載の発明によれば、一対のセパレータが互いに接触した部分のうち互いに異なる位置を電気的に独立した電極にてそれぞれ溶接することにより、また、請求項2及び3に記載の発明によれば、セパレータの接触部に対して電極の導通領域ごとに通電制御することにより、セパレータ同士をより確実に接合することができる。 In the present invention, the following effects can be obtained. That is, according to the first aspect of the present invention, by welding each of the portions where the pair of separators are in contact with each other using electrically independent electrodes, the second and third aspects of the present invention are also described. According to this invention, separators can be more reliably joined by carrying out energization control for every conduction field of an electrode to a contact part of a separator.
請求項4に記載の発明によれば、導通領域の数が減るため、装置系を簡素化することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the number of conductive regions is reduced, so that the device system can be simplified.
請求項5に記載の発明によれば、セパレータの接触部を複数の通電グループにわけ、該通電グループごとに通電制御することにより、セパレータ同士をより確実に接合することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the contact portions of the separator are divided into a plurality of energization groups, and energization control is performed for each energization group, whereby the separators can be more reliably joined.
請求項6に記載の発明によれば、セパレータよりも低融点のロウ材を用いてセパレータ同士をロウ付け接合することで、接合温度を下げることが可能になり、接合後の冷却過程で生じ得るセパレータの歪み発生を抑えることができる。
According to the invention described in
請求項7に記載の発明によれば、溶接後、接触部に小電流を流すことにより通電検査が可能となり、接合不良等を容易に検出することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, after welding, by passing a small current through the contact portion, an energization inspection can be performed, and a bonding failure or the like can be easily detected.
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
図1は、本発明の第1実施形態であるセパレータ製造装置及びセパレータ製造方法により製造されるセパレータが用いられた燃料電池1を示している。この燃料電池1は、複数の単セル2を積層したスタック本体3を有し、スタック本体3の両端に位置する単セル2,2の外側に順次、出力端子5付きの集電板6、絶縁板7およびエンドプレート8を各々配置して構成されている。
FIG. 1 shows a
なお、燃料電池1は、例えば、両エンドプレート8,8間を架け渡すようにして設けられた図外のテンションプレートが各エンドプレート8,8にボルト固定されることで、単セル2の積層方向に所定の圧縮力がかかった状態となっている。
In the
単セル2は、MEAと、MEAを挟持する一対のセパレータ12a,12bとで構成され、全体として積層形態を有している。一つの単セル2はアノード側のセパレータ12aとカソード側のセパレータ12bを備え、これらセパレータ12a,12bは、隣接した他の単セル2のカソード側セパレータ12bおよびアノード側セパレータ12aに対してそれぞれ溶接される。
The
各セパレータ12a,12bは、ガス不透過の導電性材料で構成されている。本実施形態のセパレータ12a,12bは板状の金属板で形成されており、プレス成形されることで表裏各面に複数の凹凸状の溝31a,31b(図2参照)が形成されている。この複数の溝31a,31bは、それぞれ一方向に延在しており、反応ガス(酸化ガス、燃料ガス)及び冷却水の流路となる。
Each
また、セパレータ12a,12bの一方の端部には、酸化ガス、水素ガス、及び冷却水の入口側マニホールド(図示略)が貫通形成されている。他方の端部にも同様に出口側マニホールド(図示略)が設けられている。なお、これらマニホールドは酸化ガス、水素ガス、及び冷却水それぞれに対して別個に設けられているが、ここでは同一符号を付して説明を省略している。
Further, an inlet side manifold (not shown) of an oxidizing gas, a hydrogen gas, and a cooling water is formed through one end of the
図2は、セパレータ12a,12bを接合するためのセパレータ製造装置を示した図である。セパレータ製造装置20は、一対のローラ型電極(以下、単に「電極」という。)22a,22bと、不図示の通電制御装置とにより構成されている。
FIG. 2 is a diagram showing a separator manufacturing apparatus for joining the
電極22a,22bには、後述するセパレータ12a,12bの凹凸形状に合わせて周方向に延在する溝23a,23bが形成されており、隣り合った溝23a,23aとの間、および溝23b,23bとの間には、径方向外側に突出する凸部24a,24bが形成されている。すなわち電極22a,22bは、軸方向に沿って溝23a,23bと凸部24a,24bとが交互に形成された形状となっている。
The
更に、電極22a,22bには、非導通部25が複数設けられている。非導通部25は各溝23a,23bごとに設けられており、電極22a,22bは、絶縁体である非導通部25によってそれぞれ電気的に独立した複数の導通領域26a,26bに区分された状態となっている。例えば、電極22aは非導通部25によって軸方向に並んで電気的に独立した複数の導通領域26aを備える。電極22bについても同様に、非導通部25によって電気的に独立した複数の導通領域26bを備える。
Further, the
各導通領域26a,26bに対しては、通電制御装置によって独立に通電制御がなされる。
The
上記のセパレータ製造装置20は、以下のように用いられる。まず、一方のセパレータ12aの溝31aと、他方のセパレータ12bの溝31bとを向かい合わせた状態で重ね合わせる(積層させる)。隣り合った溝31a,31aの間に位置する凸部32aと、隣り合った溝31b,31bの間に位置する凸部32bとが、接合部(接触部)35において互いに積層接触した状態となる。
Said
次に、セパレータ12a,12bの溝31a,31bが、電極22a,22bの溝23a,23bに収まるように、電極22a,22bの凸部24a,24bによって、セパレータ12a,12bの凸部32a,32bを積層方向両側から支持する状態で挟持する。
Next, the
次いで、電極22a,22bによってセパレータ12aとセパレータ12bとを互いに向けて押圧し、この状態で図2に示した矢印のように電流を流す。すなわち、電流を電極22aの導通領域26a,セパレータ12a,セパレータ12b、さらに電極22bの導通領域26bへ向けて流す。これにより、セパレータ12aとセパレータ12bとが接合部35において抵抗溶接される。なお、電流方向は逆でも良い。
Next, the
上記の押圧・通電を行いつつ、電極22a,22bを周方向に回転させる、あるいは、セパレータ12a,12bの溝長手方向に沿って平行移動させることで、接合部35の長手方向全体が溶接される。
The entire longitudinal direction of the
本実施形態においては、一つの接合部35が一つの通電グループとなり、各接合部35に対して独立して通電が行われる。すなわち、各接合部35に対応する各導通領域26a,26bに対して、独立に通電制御する。これにより、各導通領域26a,26bに流す電流値または通電時間を各々変えることができるため、セパレータ12a,12b間の接触面積、セパレータ厚み、ロウ材、セパレータ材質、耐食性向上のために施工されたコーティング層の表面粗さ等がセパレータ12a,12b毎に相違していても、各接合部35の状態に応じて適切な接合状態を得ることができる。
In the present embodiment, one joining
さらに、接合後、加圧力を下げて小電流を流し、電極22a,22bをセパレータ12a,12bの溝長手方向に沿って相対移動させることで、各接合部35の通電検査を行うことができる。
Furthermore, after joining, the energization test | inspection of each joining
以上のように、第1実施形態のセパレータ製造装置20及び製造方法によれば、各接合部35に対して独立に通電制御が可能であるから、セパレータ12a,12b同士をより確実に接合することができる。また、セパレータ12,12b同士の接合後においては、各接合部35を独立に通電検査することが可能であるから、セパレータ製造時に接合不良等を容易に検出することができる。
As described above, according to the
なお、上記実施形態の変形例として、例えば図3に示したように、一方の電極22b(または、他方の電極22a)に設けられた非導通部25を溝23bに対して一つ置きに設けることで、電流を同図の矢印のように折り返して流すようにしても良い。
As a modification of the above embodiment, for example, as shown in FIG. 3, every other
つまり、本変形例においては、一方の電極22bに設けられた一つの導通領域26bが、他方の電極22aに設けられた複数の導通領域26a,26aに対して、セパレータ12a,12bを介して電気的に導通可能となるように接触している。このため、導通領域26aから一つの接合部35、導通領域26b、他の接合部35、さらに他の導通領域26aへ流すことができる。
That is, in this modification, one
また、他の変形として、例えば図4に示したように、一方の電極22aおよび他方の電極22bの各溝23a,23bに対して非導通部25を交互に設ける、言い換えれば、全ての溝23a,23bに対して各電極22a,22bにおける非導通部25を対向させないように配置することで、同図の矢印で示したように電流を蛇行させて流すようにしても良い。
As another modification, for example, as shown in FIG. 4,
これら各変形例では、複数の接合部35が一つの通電グループとなるため、これにより電流制御の対象となる電気的に独立した導通領域26a,26bの数が減り、装置系を簡素化することができる。
In each of these modified examples, since the plurality of
なお、これら各変形例における非導通部25の配置は一例であり、非導通部25を異なる配置としてもよい。例えば一方の電極22aにのみ非導通部25を設け、他方の電極22bには非導通部25を設けない構成としてもよい。
In addition, arrangement | positioning of the
また、上記実施形態および変形例では、電極22a,22bの凸部24a,24bによって、セパレータ12a,12b同士を面で接合しているが、電極22a,22bの構造に応じて、線または点で接合してもよい。
Moreover, in the said embodiment and modification, although
また、各接合部35(通電グループ)に対して同時に通電しても良いし、接合面積、設備通電能力に応じて、通電を行う接合部35に所定の順番を設けて通電制御するようにしても良い。 In addition, each joint 35 (energization group) may be energized at the same time, and the energization control may be performed by providing a predetermined order for the joint 35 to be energized according to the joining area and facility energization capability. Also good.
また、セパレータ12a,12bを積層する際、接合部35に当該セパレータ12a,12bよりも低溶融のロウ材を挟み込み、この状態で上述したのと同様に電流を各導通領域26a,26bに流してもよい。この場合には、セパレータ12a,12bが発熱してロウ材が溶融することで、セパレータ12a,12bが接合される。このようなロウ材を用いることで、接合温度を下げることが可能になり、セパレータ12a,12bの冷却過程に生じ得る歪みを抑えることができる。
In addition, when laminating the
また、上記実施形態では、ローラ型をなす各電極22a,22bに複数の非導通部25を設けることにより、当該電極22a,22b内に電気的に独立した複数の導通領域26a,26bを形成しているが、本発明はそのような形態に限らず、これら複数の導通領域26a,26bを電気的に独立した複数の電極の組合せにより構成してもよい。
Further, in the above-described embodiment, by providing a plurality of
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図面を参照して説明する。この第2実施形態では、金属板からなるセパレータに代えて、カーボンを配合した樹脂製のセパレータを対象としている。図5は、本発明の第2実施形態であるセパレータ製造装置及びセパレータ製造方法により製造されるセパレータが用いられた燃料電池の一部を示している。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the second embodiment, instead of a separator made of a metal plate, a resin separator mixed with carbon is targeted. FIG. 5 shows a part of a fuel cell using a separator manufactured by a separator manufacturing apparatus and a separator manufacturing method according to the second embodiment of the present invention.
図5に示すように、この燃料電池41では、MEA42と、このMEA42を挟持する一対のセパレータ43a,43bとで構成された単セル40を積層した形態のスタック本体47を有している。この単セル40を構成するセパレータ43a,43bは、隣接した他の単セル40との間で、セパレータ43a,43b同士が接合部46にて互いに接合されている。
As shown in FIG. 5, the
これらセパレータ43a,43bは、カーボン粒子を含有させた熱可塑性樹脂を射出成形することにより成形されたカーボンセパレータである。なお、熱可塑性樹脂を射出成形するにあたり、熱可塑性樹脂に配合するカーボンの配合比率が比較的低くされ、熱可塑性樹脂の良好な流動性を確保している。
These
図6に示すように、各セパレータ43a,43bには、表裏各面に複数の凹凸状の溝44a,44bが形成されている。これら複数の溝44a,44bは、それぞれ一方向に延在しており、反応ガス(酸化ガス、燃料ガス)及び冷却水の流路となる。また、セパレータ43a,43bの一方の端部には、酸化ガス、水素ガス、及び冷却水の入口側マニホールド(図示略)が貫通形成されており、他方の端部にも同様に出口側マニホールド(図示略)が設けられている。
As shown in FIG. 6, each
次に、上記射出成形品からなるセパレータ43a,43b同士を接合させる場合について説明する。
Next, the case where the
図7及び図8は、セパレータ43a,43bを接合するためのセパレータ製造装置を示した図である。セパレータ製造装置50は、一対の平板型電極(以下、単に「電極」という。)52a,52bと、電源53を備えた不図示の通電制御装置とにより構成されている。
7 and 8 are views showing a separator manufacturing apparatus for joining the
各電極52a,52bは、互いに独立した複数の電極ブロック53a,53bに分割されており、これら電極ブロック53a,53b間が絶縁体である非導通部54によって絶縁されている。これにより、各電極52a,52bは、それぞれの電極ブロック53a,53bが、互いに電気的に独立した導通領域に区分されている。なお、各電極ブロック53a,53bの形状や数等の分割パターンは、図示の形態に限定されるものではない。
Each of the
そして、各電極ブロック53a,53bからなる導通領域に対しては、通電制御装置によって独立に通電制御がなされる。なお、各電極52a,52bは、互いの対向面が平面からなる押圧面55a,55bとされている。
And the conduction | electrical_connection control is made independently by the electricity supply control apparatus with respect to the conduction | electrical_connection area | region which consists of each
上記のセパレータ製造装置50によってセパレータ43a,43bを接合するには、まず、一方のセパレータ43aの溝44aと、他方のセパレータ43bの溝44bとを向かい合わせた状態で重ね合わせる(積層させる)。これにより、隣り合った溝44a,44aの間に位置する凸部45aと、隣り合った溝44b,44bの間に位置する凸部45bとが、接合部(接触部)46において互いに積層接触した状態となる(図6参照)。
In order to join the
次に、セパレータ製造装置50の電極52a,52b間に、接合部46にて積層接触させたセパレータ43a,43bを配置する。次いで、上方側の電極52aを下方へ押し下げ、これら電極52a,52bの平面からなる押圧面55a,55bによってセパレータ43a,43bを挟持することにより、セパレータ43a,43b同士を互いに押し付ける。
Next,
この状態で図8に示した矢印イのように電流を流す。すなわち、電流を電極52aの導通領域である電極ブロック53a,セパレータ43a,セパレータ43b、さらに電極52bの導通領域である電極ブロック53bへ向けて流す。これにより、セパレータ43aとセパレータ43bとが接合部46において抵抗損失によって発熱することにより、表面の樹脂が局所的に溶融して互いに溶接されて接合される。なお、電流方向は逆でも良い。
In this state, a current is passed as shown by an arrow A in FIG. That is, a current is supplied to the
上記第2実施形態においても、一つの接合部46を一つの通電グループとし、各接合部46に対して独立して通電することができる。すなわち、各接合部46に対応する各電極ブロック53a,53bに対して、独立に通電制御する。
Also in the said 2nd Embodiment, the one
これにより、導通領域である各電極ブロック53a,53bに流す電流値または通電時間を各々変えることができるため、セパレータ43a,43b間の接触面積、セパレータ厚み、カーボンの配合比率、表面粗さ等がセパレータ43a,43b毎に相違していても、各接合部46の状態に応じて適切な接合状態を得ることができる。
Thereby, since the current value or energization time passed through each
さらに、接合後、加圧力を下げて小電流を流し、電極52a,52bをセパレータ43a,43bに当接させることで、各接合部46の通電検査を行うことができる。
Furthermore, after joining, by applying a small current by reducing the applied pressure and bringing the
以上のように、第2実施形態のセパレータ製造装置50及び製造方法によれば、各接合部46に対して電極52a,52bの電極ブロック53a,53bにて、印加電流や通電時間などの通電制御を独立に行うことができるから、セパレータ43a,43b同士をより良好に接合することができる。また、セパレータ43,43b同士の接合後においては、各接合部46を独立に通電検査することが可能であるから、セパレータ製造時に接合不良等を容易に検出することができる。
As described above, according to the
また、電極52a,52bが複数分割された電極ブロック53a,53bから構成されているので、対向する各電極ブロック53a,53bによってセパレータ43a,43bの接合部46に付与する加圧力及び加圧時間も独立に制御することができる。これにより、各セパレータ43a,43bの表面のうねり等に対して、印加電流や通電時間などの通電制御及び加圧力や加圧時間などの加圧制御を独立かつ適切に行うことができ、接合ムラなどのバラツキなく、良好に接合することができる。
Further, since the
ここで、セパレータ43a,43b同士を接合せずに、単に接触させて燃料電池41とすることも考えられる。しかし、この場合は、接触部分における接触抵抗を下げるため、熱可塑性樹脂に対するカーボンの配合比率を高めなければならず、したがって、熱可塑性樹脂の流動性が大幅に低下する。つまり、セパレータ43a,43b同士を接合せずに、単に接触させて燃料電池41を構成する場合は、熱可塑性樹脂に、射出成形を行うのに十分な流動性を持たせることができず、プレス加工によって成形することとなり、生産性が大幅に低下してしまう。
Here, it is also conceivable that the
これに対して、本実施形態では、セパレータ43a,43b同士を接合部46にて接合するので、カーボンの配合比率を高めて接触抵抗を下げる必要がなく、したがって、熱可塑性樹脂に配合するカーボンの配合比率を比較的低くすることができる。これにより、熱可塑性樹脂の良好な流動性を確保することができ、セパレータ43a,43bを射出成形によって成形して生産性を高めることができる。
On the other hand, in this embodiment, since the
また、各電極52a,52bは、セパレータ43a,43bを挟持する対向面が平面からなる押圧面55a,55bとされているので、これら電極52a,52bによってセパレータ43a,43bを挟持して接合することにより、セパレータ43a,43bの平面度や平行度を矯正することができる。これにより、MEA42を挟持して燃料電池41を構成した際に、MEA42への面圧を均一にすることができ、発電性能の向上を図ることができる。
Further, since the opposing surfaces sandwiching the
ところで、図9(a)に示すように、セパレータ43a,43b同士の接合部46となる凸部45a,45bに、うねりが生じていると、図9(b)に示すように、接合するために突き合わせた際に、接合部46における互いの接触面積が不十分となり、十分に接合されないことが考えられる。
By the way, as shown in FIG. 9A, when undulation occurs in the
したがって、このように、セパレータ43a,43b同士の接触部分である凸部45a,45bにうねりが生じている場合は、図10(a)に示すように、セパレータ43a,43bの凸部45a,45b同士の間にセパレータ43a,43bよりも軟質の導電性樹脂からなる接合フィルム57を配設する。
Therefore, when waviness occurs in the
そして、この状態にて、前述したように、セパレータ製造装置50の電極52a,52bによってセパレータ43a,43bを加圧しつつ通電することにより、図10(b)に示すように、セパレータ43a,43bの凸部45a,45b及び接合フィルム57が過熱溶融し、これらセパレータ43a,43bの凸部45a,45b同士が、接合フィルム57を介して機械的、電気的にも良好に接合される。
In this state, as described above, the
なお、上記第2実施形態の変形例として、図11及び図12に示すものは、カーボン配合の熱可塑性樹脂からなるセパレータ43a,43bを接合する他の構造のセパレータ製造装置60である。このセパレータ製造装置60では、一対のローラ型電極(以下、単に「電極」という。)62a,62bを備えており、これら電極62a,62bが、間隔をあけて配設され、互いに平行かつ同一方向の軸線を中心として回転可能に支持されている。
As a modification of the second embodiment, what is shown in FIG. 11 and FIG. 12 is a
このセパレータ製造装置60によってセパレータ43a,43bを接合する場合も、まず、一方のセパレータ43aの溝44aと、他方のセパレータ43bの溝44bとを向かい合わせた状態で重ね合わせ、凸部45a,45b同士を突き合わせて接合部46において互いに積層接触させる。
Even when the
次に、接合部46にて積層接触させたセパレータ43a,43bを、接触部46が電極62a,62bの軸方向に沿うように配置してセパレータ製造装置60の電極62a,62b間に送り込み、これら電極62a,62b間にセパレータ43a,43bの一端側を配置させる。
Next, the
この状態にて、上方側の電極62aを下方へ押し下げ、これら電極62a,62bの周面からなる押圧面65a,65bによってセパレータ43a,43bを挟持することにより、セパレータ43a,43b同士を互いに押し付ける。
In this state, the
この状態で図12に示した矢印ロのように電流を流す。すなわち、電流を電極62a,セパレータ43a,セパレータ43b、さらに電極62bへ向けて流す。これにより、セパレータ43aとセパレータ43bとが接合部46において抵抗損失により発熱することにより、表面の樹脂が局所的に溶融して互いに溶接されて接合される。なお、電流方向は逆でも良い。
In this state, a current is passed as shown by an arrow B in FIG. That is, a current is supplied to the
上記の押圧・通電を行いつつ、電極62a,62bを周方向に回転させるか、あるいはセパレータ43a,43bを平行移動させることにより、セパレータ43aとセパレータ43bとの接合部46が、セパレータ43a,43bの一端側から順に溶接されて接合される。
While the
なお、積層接触させたセパレータ43a,43bの厚さよりも僅かに狭い間隔に配置した電極62a,62b間へセパレータ43a,43bを通過させることにより、セパレータ43a,43bに対して、一端側から押圧・通電し、接合部46を順に接合させても良い。
In addition, by passing the
この変形例でも、セパレータ43a,43b同士を順に接合部46にて接合するので、カーボンの配合比率を高めて接触抵抗を下げる必要がなく、したがって、熱可塑性樹脂に配合するカーボンの配合比率を比較的低くすることができる。これにより、熱可塑性樹脂の良好な流動性を確保することができ、セパレータ43a,43bを射出成形によって成形して生産性を高めることができる。
Even in this modified example, the
特に、ローラ型の電極62a,62bを用い、これら電極62a,62b間にセパレータ43a,43bを通して連続的に接合作業を行うことができるので、さらなる生産性の向上を図ることができる。
In particular, since the roller-
また、セパレータ43a,43bの長手方向、つまり、電極62a,62b間での搬送方向における印加電流や通電時間などの通電制御及び加圧力や加圧時間などの加圧制御を、セパレータ43a,43bの搬送位置あるいは搬送時間に応じて行うことにより、各セパレータ43a,43bの表面のうねり等に対して、接合部46にて通電制御及び加圧制御を独立かつ適切に行うことができ、接合ムラなどのバラツキなく、良好に接合することができる。
In addition, in the longitudinal direction of the
なお、図13に示すように、各電極62a,62bを、軸方向に複数分割することにより、互いに独立した複数の電極ブロック63a,63bとし、これら電極ブロック63a,63b間に絶縁体である非導通部64を設けて絶縁しても良い。
As shown in FIG. 13, the
このような構造の電極62a,62bでは、それぞれの電極ブロック63a,63bが、互いに電気的に独立した導通領域に区分され、これら導通領域に対して、通電制御装置によって独立に通電制御することができる。
In the
そして、このような電極62a,62bを備えたセパレータ製造装置60によれば、導通領域である各電極ブロック63a,63bによってセパレータ43a,43bの接合部46における印加電流や通電時間などの通電制御及び加圧力や加圧時間などの加圧制御を、セパレータ43a,43bの幅方向にて独立に行うことができる。
And according to the
なお、セパレータ43a,43bの長手方向、つまり、電極62a,62b間での搬送方向における印加電流や通電時間などの通電制御及び加圧力や加圧時間などの加圧制御は、セパレータ43a,43bの搬送位置あるいは搬送時間に応じて行うことができる。
The energization control such as applied current and energization time and the pressurization control such as pressurization time and pressurization time in the longitudinal direction of the
これにより、各セパレータ43a,43bの表面のうねり等に対して、印加電流や通電時間などの通電制御及び加圧力や加圧時間などの加圧制御を独立かつ適切に行うことができ、接合ムラなどのバラツキなく、より良好に接合することができる。
Thereby, it is possible to independently and appropriately perform energization control such as applied current and energization time and pressurization control such as applied pressure and pressurization time with respect to the undulations of the surfaces of the
1,41…燃料電池、2,40…単セル、3,47…スタック本体、12a,12b,43a,43b…セパレータ、20,50,60…セパレータ製造装置、22a,22b,62a,62b…ローラ型電極(電極)、25,54,64…非導通部、26a,26b…導通領域、35,46…接合部(接触部)、52a,52b…平板型電極(電極)、53a,53b,63a,63b…電極ブロック(導通領域)、57…接合フィルム。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
積層させた状態で少なくとも一部が接触する前記一対のセパレータを積層方向両側から挟持する一対の電極と、該電極に対する通電を行う通電制御装置とを備え、
少なくとも一方の前記電極は、電気的に独立した複数の導通領域を備え、各導通領域が前記セパレータの異なる領域に接触した状態でこれら各導通領域が独立して通電制御されることにより、前記一対のセパレータが互いの接触部において溶接されることを特徴とするセパレータ製造装置。 In a separator manufacturing apparatus for joining a pair of fuel cell separators,
A pair of electrodes that sandwich the pair of separators that are in contact with each other at least partially in a stacked state from both sides in the stacking direction;
At least one of the electrodes includes a plurality of electrically independent conductive regions, and the conductive regions are independently energized and controlled while the conductive regions are in contact with different regions of the separator. The separator manufacturing apparatus is characterized in that the separators are welded to each other at the contact portions.
前記導通領域は、前記凸部間に設けられた非導通部を境界とすることを特徴とする請求項3に記載のセパレータ製造装置。 Each of the electrodes includes a plurality of convex portions that respectively support the contact portion of the separator from both sides in the stacking direction,
The separator manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the conduction region has a non-conduction portion provided between the convex portions as a boundary.
前記一対のセパレータをそれらの少なくとも一部において互いに接触させると共に、その接触部を複数の通電グループに分け、前記通電グループ毎に独立して前記接触部に対して通電制御することで前記接触部を発熱させ、これにより前記一対のセパレータを溶接することを特徴とするセパレータ製造方法。 In a separator manufacturing method for joining a pair of fuel cell separators,
At least a part of the pair of separators are brought into contact with each other, the contact portions are divided into a plurality of energization groups, and the contact portions are controlled by energizing the contact portions independently for each energization group. A separator manufacturing method, wherein heat is generated and the pair of separators are welded thereby.
The separator manufacturing method according to claim 6, wherein after the pair of separators are welded, the contact portion is further energized to conduct an energization inspection of the contact portion.
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JP2015138745A (en) * | 2014-01-24 | 2015-07-30 | 日産自動車株式会社 | Method of manufacturing fuel cell |
JP2022522142A (en) * | 2019-02-25 | 2022-04-14 | アウディ アクチェンゲゼルシャフト | A method for manufacturing a bipolar plate strand, a method for manufacturing a bipolar plate, and an apparatus for carrying out the manufacturing method. |
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