JP2008047461A - 集電部材貼付装置およびそれを用いて作製された燃料電池セル体 - Google Patents

Abstract

【課題】 セルに集電部材を貼り付ける作業に集電部材貼付治具を用いることにより、従来の手作業による作業に比べて、セルに集電部材を精度良く短時間で貼り付けることを可能とする。
【解決手段】 本発明の集電部材貼付装置は、基準面と、基準面に対し垂直に設けられたガイドと、筒状の燃料電池セルを固定するためのセル固定手段と、集電部材と固定された前記燃料電池セルとが基準面と垂直な方向に対して同軸上に配置されるように集電部材を固定するための第一の集電部材固定手段及び第二の集電部材固定手段とを備え、セル固定手段は前記ガイドに保持された状態で基準面と垂直な方向に可動し、第一の集電部材固定手段は基準面とセル固定手段との間に設けられ、第二の集電部材はガイドに保持された状態でセル固定手段を挟むように第一の集電部材固定手段と対向する位置に設けられ、さらに第二の集電部材固定手段は基準面と垂直な方向に可動することを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、筒状の燃料電池セルにおいて、各セル間を電気的に接続する集電部材を各セルに貼り付けるための集電部材貼付装置に関する。

燃料電池において所定の発電能力を発揮させるために、複数のセルを直列および／または並列に電気的に接続し、スタック化することが行われている。また、円筒型固体物形燃料電池の場合、筒状のセラミック製のセル同士を直接接続する事は形状の問題で困難であるため、セル間に集電部材を介して接続することが一般的に行われている。（例えば、特許文献１参照。）
しかしながら、セルに集電部材を貼り付ける作業は手作業によるところが多く、筒状のセルの所定の位置に集電部材を貼り付けることが困難であり、集電部材の貼り付けには多くの時間を要していた。
特開平１１−２５９９９号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、筒状燃料電池セルの相対する位置に、セルの形状に影響される事なく、精度良く集電部材を貼り付ける事である。

上記目的を達成するための本発明の集電部材貼付装置は、基準面と、前記基準面に対し垂直に設けられたガイドと、筒状の燃料電池セルを固定するためのセル固定手段と、集電部材と固定された前記燃料電池セルとが前記基準面と垂直な方向に対して同軸上に配置されるように集電部材を固定するための第一の集電部材固定手段と、集電部材と固定された前記燃料電池セルとが前記基準面と垂直な方向に対して同軸上に配置されるように集電部材を固定するための第二の集電部材固定手段とを備え、前記セル固定手段は前記ガイドに保持された状態で前記基準面と垂直な方向に可動し、前記第一の集電部材固定手段は前記基準面と前記セル固定手段との間に設けられ、前記第二の集電部材は前記ガイドに保持された状態で前記セル固定手段を挟むように前記第一の集電部材固定手段と対向する位置に設けられ、さらに前記第二の集電部材固定手段は前記基準面と垂直な方向に可動することを特徴とする。

本発明の好ましい態様においては、第一の固定手段および／または第二の固定手段には、集電部材固定のためのラバー磁石が設けられていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様においては、前記第一の固定手段および／または前記第二の固定手段には、集電部材の固定位置を示すガイドが設けられていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様においては、第一の固定手段および／または第二の固定手段には、低反発弾性体が設けられていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様においては、第一の集電部材固定手段が、基準面を兼ねていることを特徴とする。

本発明の燃料電池セル体の製造方法は、筒状の燃料電池セルを固定する工程と、固定された集電部材を前記筒状の燃料電池セルの長軸方向と垂直な方向に移動させる工程と、前記筒状の燃料電池セルに集電部材を貼り付ける工程とを有することを特徴とする。

本発明の集電部材貼付装置を用いることで、燃料電池セルに集電部材を取り付けた燃料電池セル体を精度良く、また生産性良く作製することができ、燃料電池スタックの生産性を向上させることができる。

以下に図面を用いて、本発明をより具体的に説明する。
図１は、円筒型固体酸化物形燃料電池セルを示す斜視図である。燃料電池セル１は、筒状の空気極２の外周面上に電解質３が形成され、さらに電解質３の外周面上に燃料極４が形成されている。空気極２の外周面上にはさらに、空気極２から電気を取り出すためのインターコネクター５がセルの軸方向へ連続して形成されている。このとき、空気極は多孔質のＬａＣｏＯ３、ＬａＭｎＯ３、ＬａＦｅＯ３等のペロブスカイト型酸化物で形成される。前記ペロブスカイト型酸化物はさらに、ＳｒやＣａ等をＬａサイトにドープしたものであってもよい。また、それらの複合材であってもよい。電解質はＹＳＺやＳＳＺ等の希土類安定化ジルコニアにより形成される。燃料極は多孔質のＮｉとＹＳＺのサーメット等により形成される。インターコネクターはＳｒやＣａ等をドープしたＬａＣｒＯ３等により形成される。

図２は、本発明の集電部材貼付装置を用いて作製した、筒状燃料電池セル１に集電部材７を貼り付けた燃料電池セル体６の一実施形態を示す正面図である。筒状燃料電池セル１の燃料極４とインターコネクター５の上にそれぞれ集電部材７が接着されている。燃料極側に接着される集電部材は、インターコネクター側に接着される集電部材と略１８０°反対側に貼り付けられる。このような構成にすることで、燃料電池セル体を積上げてスタック化する際に精度良く積上げることができ、スタックの生産性を良くすることができる。集電部材の接着方法としては、Ｎｉ微粒子を分散させたペーストをセルや集電部材に塗布して接着する方法や、両面テープで接着する方法等、種々の方法を用いることができる。

図３は、複数の筒状燃料電池セル体６を束ねた燃料電池スタック８を示す図である。（ａ）は燃料電池スタック８の側面図、（ｂ）は燃料電池スタック８の正面図である。燃料電池スタック８は、インターコネクターを上にして並列に並べた複数の燃料電池セル体６と集電板９とを交互に積上げて、例えばＮｉ微粒子を分散させたペーストで集電部材と集電板とを接着し、１０００℃程度で還元焼成することにより固定化して作製することができる。

図４は、本発明における集電部材貼付装置の全体の構成を示した図である。
基準面となる土台４１に第一の集電部材固定手段４４とガイドロッド４２が固定されている。ガイドロッド４２は基準面に対して垂直に設置されている。さらに、セル固定手段４５及び第二の集電部材固定手段４６が、Ｙ型ガイドローラー４５４、４６５を介してガイドロッド４２と接するように配置されている。セル固定手段４５及び第二の集電部材固定手段４６は、ガイドロッド４２に沿って上下方向に可動させることができる。また、セル固定手段４５及び第二の集電部材固定手段４６はガイドロッド４２から取り外しが可能である。ガイドロッド４２にはさらに、スプリング４３が挿入されている。セル固定手段４５に設けられたスプリングストッパー４５６がスプリング４３と接することで、セル固定手段４５はガイドロッド４２の所定の位置で停止可能なように設計されている。
また、セルの固定位置と集電部材の固定位置とがガイドロッドと平行に同軸上に配置されるように設計されているので、筒状の燃料電池セルに対して、対向する位置に精度良く集電部材を取り付けることが可能である。
また、セルと集電部材との接着力は、第一及び第二の集電部材固定手段と集電部材との接着力よりも大きくなるように設計されている。セルと集電部材との接着力を集電部材固定手段と集電部材との接着力よりも大きくすることで、集電部材固定手段に固定された集電部材とセル固定手段に固定したセルとを当接させたのちに集電部材固定手段とセル固定手段とを離した場合には、セル固定手段に集電部材が接着されたセル（セル体）が固定され、集電部材固定手段と集電部材とは確実に分離される。例えば、集電部材にＮｉフォーム、集電部材とセルとの接着にはＮｉ製両面テープを用い、集電部材固定手段に１ｍｍ厚程度のラバー磁石を用いた組合せを採用することができる。
セル１をセル固定手段４５に固定する際に、例えばインターコネクターが上側に向くように固定すると、第一の集電部材固定手段４４に固定された集電部材７は燃料極側、第二の集電部材固定手段４６に固定された集電部材７はインターコネクター側に貼り付けられ、図２に示す燃料セル体が作製される。また、インターコネクターが横側に向くように固定した場合、セルの燃料極の対向する位置に集電部材を貼り付けることもできる。

次に、本発明の集電部材貼付装置の使用方法について説明をする。
第一の集電部材固定手段４４と第二の集電部材固定手段４６にはＮｉ集電部材７が固定される。Ｎｉ集電部材７には、集電部材固定手段に固定する面と反対の面にセルと接着するための接着材料が取り付けられている。接着材料としては、Ｎｉペースト、紙製両面テープ、Ｎｉ製両面粘着シートなど適宜のものを用いることができる。また、セル固定手段４５にはセル７が固定される。このとき、セルのインターコネクターが真上または真下に向くように固定することが好ましい。セル７を固定したセル固定手段４５をガイドロッド４２に取り付けて下方に移動させ、スプリング４３で所定の位置へ停止させておく。次に、Ｎｉ集電部材７を取り付けた第二の集電部材固定手段４６をガイドロッド４２に取り付けて下方へ移動させ、セルの固定手段４５に固定されたセル７の上面と、第二の集電部材固定手段４６に固定されたＮｉ集電部材７とを接触させる。さらに、第二の集電部材固定手段４６を下方に押すとスプリング４３が縮んで、セル固定手段４５及び第二の集電部材固定手段４６が下方に押し下げられる。セル１の下面と第一の集電部材固定手段４４に固定されたＮｉ集電部材７とが接触させた後、スプリング４３を所定の位置まで戻すと、セル１の下面には集電部材７が取り付けられた状態となる。また、第二の集電部材固定手段４６をガイドロッド４２から取り外すと、セル１の上面には集電部材７が取り付けられた状態となる。すなわち、セル固定手段４５にはセル体６が固定された状態となる。

図５は、本発明における第一の集電部材固定手段の構成の一実施例を示す図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）をＡ方向から見た平面図である。
集電部材貼付装置の土台５１の四隅にガイドロッド５２が土台５１に垂直に配置され、材質及び長さが同じであるスプリング５３が各ガイドロットに設けられている。また、土台５１上に第一の集電部材固定手段５４が配置されている。第一の集電部材固定手段５４は、土台５１上に第一の集電部材固定手段の土台５４３、低反発発泡体５４２、集電部材を固定するラバー磁石５４１を順に固定して構成される。
集電部材として、例えばフォーム状やフェルト状のＮｉのような金属素材が多く使用されるので、固定部にラバー磁石を使用する事により、集電部材を磁力で固定する事ができる。磁力によるラバー磁石と集電部材との接着力がセルと集電部材との接着力よりも小さくなるように、適宜の物性を持つラバー磁石を選択することが好ましい。
また、セルはセラミックス材料を多層非対称に積み重ねた構造であるため、円筒軸方向に反りが発生する。（例えば、直径１６ｍｍ、長さ６６０ｍｍのセルの場合、反りは±２ｍｍ程度）集電部材固定手段をラバー磁石及び低反発発泡体のような弾性を有する材料で構成することで、反りを有するセルであっても、形状に滑らかに追従してＮｉ集電部材を貼り付ける事ができるため好ましい。
第一の集電部材固定手段は、集電部材の取り付け位置を示すガイドが設けられていることが好ましい。図５の実施例においては、集電部材の取り付け位置に孔を開けたガイドボード５４５と、ガイドボード５４５の設置位置を規定するためのガイドボード固定ピンが設けられている。ガイドボードには、集電部材よりも厚みの薄い材料、例えば厚さ０．５ｔのステンレス板などを用いることができる。

図６は、本発明における第一の集電部材固定手段の構成の他の実施例を示す図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）をＡ方向から見た平面図である。
図５と同じく、集電部材貼付装置の土台６１の四隅にガイドロッド６２が土台６１に垂直に配置され、材質及び長さが同じであるスプリング６３が各ガイドロットに設けられている。また、土台６１上に第一の集電部材固定手段６４が配置されている。第一の集電部材固定手段６４は、土台６１上に第一の集電部材固定手段の土台６４３、低反発発泡体６４２、集電部材を固定するラバー磁石６４１を順に固定して構成される。
図６の実施例においては、集電部材の取り付け位置を示すガイドがラバー磁石６４１の表面に加工されたガイドライン６４６である。ガイドライン６４６の設け方としては適宜の方法を用いることができるが、例えばラバー磁石にホワイトマーカーなどでラインを書いても良いし、ラバー磁石に溝加工を施しても良い。

図７は、本発明におけるセル固定手段の構成の一実施例を示す図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）をＡ方向から見た平面図、（ｃ）は（ａ）をＢ方向から見た平面図である。セル固定手段７５は、セルを上方から保持する上部セル保持枠７５１とセルを下方から保持する下部セル保持枠７５２によりセル１の両端を保持固定している。セル両端を保持固定する一対の保持枠は、保持枠連結土台７５３により連結され、一体となっている。
下部セル保持部材７５２にはさらに、ガイドロッドを挿入可能な孔を備えたスプリングストッパー７５６と、Ｙ型ガイドローラー７５４を備えたＹ型ガイドローラー固定軸７５５が取り付けられている。Ｙ型ガイドローラーはガイドロッドに接して固定軸を基準として回転可能に取り付けられているので、セル固定手段７５は平面位置を固定された状態で、上下方向に可動となる。すなわち、セルの長軸方向と垂直な方向にセル固定手段が可動となる。

図８は、図７のセル固定手段の詳細を示す拡大図である。上部セル保持枠８５１と下部セル保持枠８５２にはセルを保持するためのＶ字溝が設けられており、Ｖ字溝にはセル保持弾性体８５７が設けられている。セル保持弾性体はセル固定によりセルの破損を防止する目的で設けられ、例えばシリコンラバーシートなどから構成することができる。また、上部セル保持枠８５１と下部セル保持枠８５２は保持枠固定部８５８により固定される。

図９は、本発明における第二の集電部材固定手段の構成の一実施例を示す図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）をＡ方向から見た平面図、（ｃ）は（ａ）をＢ方向から見た平面図である。
第二の集電部材固定手段９６は、第二の集電部材固定手段の土台９６３に低反発発泡体９６２とラバー磁石９６１が設けられている。さらに、第二の集電部材固定手段９６をガイドロッドに沿って可動させるためのＹ型ガイドローラー９６５、Ｙ型ガイドローラー固定軸９６６が、Ｙ型ガイドローラー固定板９６７を介して土台９６３に固定されている。
第二の集電部材固定手段には、第一の集電部材固定手段と同様に、集電部材の取り付け位置を示すガイドが設けられていることが好ましい。
また、第二の集電部材固定手段の土台９６３に水準器９６８を設けることで、第二の集電部材固定手段が水平に保たれているか否かを確認することが可能である。

上述の実施形態はいずれも本発明の一実施例を示すものであって、円筒型、フラットチューブ型など、各セル間に集電部材を貼り付ける形態をとる固体電解質型燃料電池おいては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な実施形態を採用する事ができる。

燃料電池セルの一例を示す図である。 燃料電池セル体の一例を示す図である。 燃料電池スタックの一例を示す図である。 本発明の集電部材貼付装置の一実施例を示す図である。 本発明における第一集電部材固定手段の構成の一実施例を示す図である。 本発明における第一集電部材固定手段の構成の他の実施例を示す図である。 本発明におけるセル固定手段の構成の一実施例を示す図である。 本発明におけるセル固定手段の構成の一実施例を示す拡大図である。 本発明における第二集電部材固定手段の構成の一実施例を示す図である。

符号の説明

１ … セル
２ … 空気極
３ … 固体電解質
４ … 燃料極
５ … インターコネクター
６ … セル体
７ … 集電部材
８ … スタック
９ … 集電板
４０ … 集電部材貼付治具
４１ … 土台
４２ … ガイドロッド
４３ … スプリング
４４、５４、６４ … 第一の集電部材固定手段
５４１、６４１ … ラバー磁石
５４２、６４２ … 低反発発泡体
５４３、６４３ … 第一の集電部材固定手段の土台
５４５ … 集電部材貼付位置ガイドボード
５４４ … ガイドボード固定ピン
６４６ … 集電部材貼付位置ガイドライン
４５、７５ … セル固定手段
７５１、８５１ … 上部セル保持枠
７５２、８５２ … 下部セル保持枠
７５３ … 保持枠連結土台
４５４、７５４ … Ｙ型ガイドローラー
７５５ … Ｙ型ガイドローラー固定軸
４５６、７５６ … スプリングストッパー
８５７ … セル保持弾性体
８５８ … 保持枠固定部
４６、９６ … 第二集電部材固定手段
９６１ … ラバー磁石
９６２ … 低反発発泡体
９６３ … 第二の集電部材固定手段の土台
９６４ … ガイドボード固定ピン
４６５、９６５ … Ｙ型ガイドローラー
９６６ … Ｙ型ガイドローラー固定軸
９６７ … Ｙ型ガイドローラー固定板
９６８ … 水準器

Claims (6)

1. 基準面と、
   前記基準面に対し垂直に設けられたガイドと、
   筒状の燃料電池セルを固定するためのセル固定手段と、
   集電部材と固定された前記燃料電池セルとが前記基準面と垂直な方向に対して同軸上に配置されるように集電部材を固定するための第一の集電部材固定手段と、
   集電部材と固定された前記燃料電池セルとが前記基準面と垂直な方向に対して同軸上に配置されるように集電部材を固定するための第二の集電部材固定手段とを備え、
   前記セル固定手段は前記ガイドに保持された状態で前記基準面と垂直な方向に可動し、
   前記第一の集電部材固定手段は前記基準面と前記セル固定手段との間に設けられ、
   前記第二の集電部材は前記ガイドに保持された状態で前記セル固定手段を挟むように前記第一の集電部材固定手段と対向する位置に設けられ、
   さらに前記第二の集電部材固定手段は前記基準面と垂直な方向に可動することを特徴とする集電部材貼付装置。
2. 前記第一の固定手段および／または前記第二の固定手段には、集電部材固定のための磁石が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の集電部材貼付装置。
3. 前記第一の固定手段および／または前記第二の固定手段には、集電部材の固定位置を示す手段が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の集電部材貼付装置。
4. 前記第一の固定手段および／または前記第二の固定手段には、低反発弾性体が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の集電部材貼付装置。
5. 前記第一の集電部材固定手段が、前記基準面を兼ねていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の集電部材貼付装置。
6. 筒状の燃料電池セルを固定する工程と、固定された集電部材を前記筒状の燃料電池セルの長軸方向と垂直な方向に移動させる工程と、前記筒状の燃料電池セルに集電部材を貼り付ける工程とを有する燃料電池セル体の製造方法。
   

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