JP2008108593A

JP2008108593A - 燃料電池用セパレータ吸引装置

Info

Publication number: JP2008108593A
Application number: JP2006290781A
Authority: JP
Inventors: Shigemitsu Nomoto; 重光野本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2026-10-26
Also published as: DE112007002542T5; US8394554B2; CN101529630A; CA2665977C; US20100099004A1; CN101529630B; WO2008050811A1; DE112007002542B8; CA2665977A1; JP4281781B2; DE112007002542B4

Abstract

【課題】燃料電池用セパレータ吸引装置において、燃料電池用セパレータの反り等を容易に矯正して、燃料電池用セパレータを保持することである。
【解決手段】一方の面に凹凸状に形成された流路と、流路の周りに設けられたシール部材であるガスケット１８とを有する燃料電池用セパレータ１２が置かれ、燃料電池用セパレータ１２を吸着する吸着板２８と、吸着板２８に設けられた吸引口３８から燃料電池用セパレータ１２を吸引する吸引ポンプ２２と、を備える燃料電池用セパレータ吸引装置１０であって、吸着板２８は、ガスケット１８を収容し、吸引口３８が形成された吸引溝４０を有する。また、吸着板２８は、燃料電池用セパレータ１２の凸部１６が置かれる位置に吸引口３８が設けられ、弾性体で形成されることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池用セパレータ吸引装置に係り、特に、一方の面に凹凸状に形成された流路と、流路の周りに設けられたシール部材とを有する燃料電池用セパレータを吸引する燃料電池用セパレータ吸引装置に関する。

燃料電池は、高効率と優れた環境特性を有する電池として近年脚光を浴びている。燃料電池は、一般的に、燃料ガスである水素に、酸化剤ガスである空気中の酸素を化学反応させて、電気エネルギをつくりだしている。燃料電池の種類には、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、アルカリ型、固体高分子型等がある。この中でも、常温で起動しかつ起動時間が速い等の利点を有する固体高分子型の燃料電池が注目されている。

固体高分子型の燃料電池に用いられる単セルは、電解質膜と、触媒層と、ガス拡散層と、セパレータとを含んで構成される。このうち電解質膜と、触媒層と、ガス拡散層とを一体化したものは、一般的に、膜電極接合体(ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ)と呼ばれている。

単セルを構成する燃料電池用セパレータの表面には、一般的に、プラズマ処理、プライマ塗布、接着剤塗布等の表面処理加工が施される。例えば、特許文献１には、シール材塗布ステーションに載せたセパレータに圧縮空気を噴出させたときに発生する負圧でセパレータを吸引してシール材を塗布する方法が記載されている。

特開２００３−２２８１７号公報

ところで、燃料電池用セパレータ、例えば、チタン等のメタルセパレータでは、局部的に反りやうねりを生じる場合がある。図５は、反りが生じた燃料電池用セパレータ４２を示す図である。燃料電池用セパレータ４２の反りは、図５に示すように、一般的に、燃料電池用セパレータ４２の端部で大きくなる。燃料電池用セパレータ４２の反り量は、例えば、板厚０．１ｍｍの燃料電池用セパレータ４２で５ｍｍ程度である。

燃料電池用セパレータ４２の表面に接着剤等を塗布する場合には、例えば、接着剤塗布ガン等を用いて塗布される。図６は、燃料電池用セパレータ４２の表面に、接着剤塗布ガン等を用いて接着剤４４を塗布する方法を示す図である。燃料電池用セパレータ４２の表面に塗布される接着剤４４の塗布量を略一定にするために、燃料電池用セパレータ４２の表面と接着剤塗布ガンのノズル４６との間隔（クリアランス）は、例えば、０．９ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の略一定に保たれる。

しかし、図５に示すように、燃料電池用セパレータ４２に反り等が生じている場合には、燃料電池用セパレータ４２の略中央部と端部とでは接着剤の塗布量にばらつきが生じて、所定量の接着剤４４を塗布できない場合がある。また、上述した特許文献１に記載されたシール材塗布方法で燃料電池用セパレータに接着剤を塗布すると、圧縮空気の噴出により負圧を発生させているため、反り等が生じた燃料電池用セパレータを矯正することが困難である場合がある。

そこで、本発明の目的は、燃料電池用セパレータの反り等を容易に矯正して、燃料電池用セパレータを保持することができる燃料電池用セパレータ吸引装置を提供することである。

本発明に係る燃料電池用セパレータ吸引装置は、一方の面に凹凸状に形成された流路と、流路の周りに設けられたシール部材とを有する燃料電池用セパレータが置かれ、燃料電池用セパレータを吸着する吸着部と、吸着部に設けられた吸引口から燃料電池用セパレータを吸引する吸引手段と、を備える燃料電池用セパレータ吸引装置であって、吸着部は、シール部材を収容し、吸引口が形成された吸引溝を有することを特徴とする。

本発明に係る燃料電池用セパレータ吸引装置において、吸着部は、燃料電池用セパレータの凸部が置かれる位置に吸引口が設けられることを特徴とする。

本発明に係る燃料電池用セパレータ吸引装置において、吸着部は、弾性体で形成されることを特徴とする。

上記のように本発明の燃料電池用セパレータ吸引装置によれば、燃料電池用セパレータを吸引口から吸引することにより、燃料電池用セパレータの反り等を容易に矯正して、燃料電池用セパレータを保持することができる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。図１は、燃料電池用セパレータ吸引装置１０の構成を示す図である。まず、燃料電池用セパレータ１２について説明する。

燃料電池用セパレータ１２は、隣り合う単セルにおける水素ガス等の燃料ガスや、空気等の酸化剤ガスを分離する機能や、単セル間を電気的に接続する機能等を有している。燃料電池用セパレータ１２には、チタンやステンレス等の金属材料で製造されたメタルセパレータや、カーボン材料で製造されたカーボンセパレータ等を用いることができる。メタルセパレータは、金属シートを、例えば、プレス成形することにより製造することができる。また、カーボンセパレータは、導電性材料であるカーボン材料を含む樹脂を、例えば、射出成形することにより製造することができる。勿論、燃料電池用セパレータ１２は、上記メタルセパレータやカーボンセパレータ等に限定されることはない。

燃料電池用セパレータ１２の少なくとも一方の面には、水素ガス等の燃料ガス、空気等の酸化剤ガスまたは冷却液（ＬｏｎｇＬｉｆｅＣｏｏｌａｎｔ：ＬＬＣ）の流路が、凹凸状に形成される。このような凹部１４と凸部１６とを有する流路は、例えば、機械加工等により形成することができる。そして、燃料ガス、酸化剤ガスまたは冷却液における流路が形成された凹凸領域の周りには、燃料ガスや酸化剤ガス等をシールするシール部材であるガスケット１８等が設けられる。ガスケット１８の幅は、例えば、４ｍｍから５ｍｍであり、ガスケット１８の厚みは、例えば、０．６ｍｍから０．７ｍｍである。ガスケット１８には、例えば、シリコンやポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等を用いることができる。

次に、燃料電池用セパレータ吸引装置１０について説明する。燃料電池用セパレータ吸引装置１０は、筐体２０と、吸引ポンプ２２と、バルブ２４と、吸引台２６と、吸着板２８とを含んで構成される。

筐体２０には、キャビティが設けられ、吸引台２６を取り付けることにより中空部３０が形成される。筐体２０は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料で製造することができる。勿論、筐体２０の材質は、金属材料に限定されることはなく、合成樹脂材料等でもよい。

吸引ポンプ２２は、筐体２０と配管３２により接続され、燃料電池用セパレータ１２を吸引する吸引手段としての機能を有している。吸引ポンプ２２を駆動させることにより、配管３２を通して筐体２０と吸引台２６とで形成される中空部３０の空気等を吸引することができる。吸引ポンプ２２には、一般的に、空気等の気体を吸引するために用いられるポンプを使用することができる。また、吸引手段には、吸引ポンプ２２に限定されることなく、ブロワファン等を用いてもよい。吸引ポンプ２２と筐体２０とが接続される配管３２には、配管３２径がより大きく、配管３２の長さがより短い配管３２を使用することが好ましい。上記形状の配管３２を用いることにより、吸引時の圧損を低減することができるからである。

バルブ２４は、配管３２にバイパスして形成されたバイパス配管３４に設けられ、燃料電池用セパレータ１２の吸引をオンオフする機能を有している。吸引ポンプ２２を駆動させた状態でバルブ２４を開閉することにより、燃料電池用セパレータ１２の吸引をオンオフして、燃料電池用セパレータ１２を吸着板２８から着脱することができる。例えば、吸引ポンプ２２を駆動させた状態でバルブ２４を閉じることにより、中空部３０等の負圧を上昇させて、燃料電池用セパレータ１２を吸着板２８に吸着させることができる。また、バルブ２４を開くことにより、中空部３０等の負圧を下降させて、燃料電池用セパレータ１２を吸着板２８から取り外すことができる。バルブ２４には、一般的に使用されている手動弁（ハンドバルブ）や電磁弁等を用いることができる。

吸引台２６は、筐体２０に取り付けられ、吸着板２８が配置される。吸引台２６と筐体２０との接触面には、吸引時における接触面からのリークを抑えるため、Ｏリング等のシール材が設けられることが好ましい。勿論、筐体２０と吸引台２６とは、一体として製造することができる。吸引台２６は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料で製造することができる。勿論、他の条件次第では、吸引台２６の材質は、金属材料に限定されることはなく、合成樹脂材料等でもよい。

吸引台２６には、燃料電池用セパレータ１２を吸引するための吸引穴３６が複数形成される。吸引穴３６の断面形状は、略円形状でもよいし、略四角形状等の多角形状でもよく、特に、限定されることはない。そして、吸引穴３６は、例えば、ステンレス鋼等の金属板に機械加工等で穿孔することにより形成される。

吸引台２６には、多孔質材料（ポーラス材）やハニカム材料を用いることができる。図２は、吸引台３５に多孔質材を使用した燃料電池用セパレータ吸引装置の構成を示す図である。吸引台３５に多孔質材料を用いることにより、多孔質材料に形成された複数の孔から燃料電池用セパレータ１２を吸引することができる。多孔質材料には、例えば、金属系多孔質材料や無機系多孔質材料等が用いられる。

再び、図１に戻り、吸着板２８は、吸引台２６に配置され、燃料電池用セパレータ１２を吸着する吸着部としての機能を有している。吸着板２８は、吸引台２６に接着等で固定されてもよいし、ボルト等の締結部材等で締結されてもよい。吸着板２８は、後述する吸着板２８に形成された吸引口３８と、吸引台２６の吸引穴３６とが重なるようにして吸引台２６に配置される。

吸着板２８には、燃料電池用セパレータ１２における凹凸状に形成された流路の凸部１６が置かれる位置に吸引口３８が形成される。そして、吸引口３８は、凸部１６の幅より小さくなるように形成される。吸引口３８が凸部１６の幅より大きくなるように形成されると、燃料電池用セパレータ１２における凹凸状に形成された流路の凹部１４から空気が漏れて、燃料電池用セパレータ１２を吸引する吸引力が低下するからである。また、吸引口３８は、凸部１６に沿って、複数個形成されることが好ましい。吸引口３８を複数個形成することにより、燃料電池用セパレータ１２をより均一に吸着板２８に吸着することができるからである。吸引口３８の断面形状は、略円形状でもよいし、略四角形状等の多角形状でもよく、特に、限定されることはない。

吸着板２８は、ゴム材料等の弾性体で形成されることが好ましい。燃料電池用セパレータ１２の吸引時に吸着板２８を弾性変形させて、吸着板２８と燃料電池用セパレータ１２との間の隙間を抑えることにより、より密着させて燃料電池用セパレータ１２を吸引することができるからである。また、燃料電池用セパレータ１２の吸引時に、吸着板２８を弾性変形させることにより、燃料電池用セパレータ１２の変形や損傷等を抑えることができるからである。ゴム材料には、例えば、シリコンゴム等を用いることができる。勿論、他の条件次第では、吸着板２８は、弾性体に限定されることはない。また、吸引口３８は、ゴム材料等を機械加工等で穿孔して形成することができる。

吸着板２８は、燃料電池用セパレータ１２における流路の周りに設けられたガスケット１８等のシール部材を収容し、吸引口３８が形成された吸引溝４０を有している。ガスケット１８を吸引溝４０に収容することにより、燃料電池用セパレータ１２吸引時におけるガスケット１８の変形や損傷等を抑えることができる。また、ガスケット１８全体を吸引することにより、燃料電池用セパレータ１２のガスケット１８部位をより均一に吸引することができる。

吸引溝４０は、ガスケット１８が設けられたガスケット１８ラインに沿って形成される。そして、吸引溝４０は、ガスケット１８を収容するために、ガスケット１８の幅や厚みより大きくなるように形成される。ガスケット１８の幅が、例えば、５ｍｍの場合には、吸引溝４０の幅は、５ｍｍより大きくなるように形成される。ガスケット１８の厚みが、例えば、０．５ｍｍの場合には、吸引溝４０の深さは、０．５ｍｍより深くなるように形成される。このように、吸引溝４０の側面と底面とが、ガスケット１８と接触しないようにすることにより、燃料電池用セパレータ１２の吸引時におけるガスケット１８の変形や損傷等を抑えることができる。吸引溝４０の断面形状は、例えば、略四角形状等の多角形状でもよく、特に、限定されることはない。吸引溝４０は、例えば、ゴム材料等を機械加工することにより形成される。

吸引溝４０には、燃料電池用セパレータ１２のガスケット１８部位を吸引するための吸引口３８が形成される。また、吸引口３８は、ガスケット１８ラインに沿って、複数個形成されることが好ましい。吸引口３８を複数個形成することにより、燃料電池用セパレータ１２のガスケット１８部位をより均一に吸着板２８に吸着させることができるからである。吸引口３８の断面形状は、略円形状でもよいし、略四角形状等の多角形状でもよく、特に、限定されることはない。

次に、燃料電池用セパレータ吸引装置１０の動作について説明する。まず、燃料電池用セパレータ１２吸引時の動作について説明する。図３は、燃料電池用セパレータ吸引装置１０における燃料電池用セパレータ１２吸引時の動作を示す図である。

燃料電池用セパレータ１２における凸部１６の位置が、吸着板２８における吸引口３８の位置と重なるようにして、燃料電池用セパレータ１２が吸着板２８にセットされる。また、ガスケット１８は、吸着板２８に設けられた吸引溝４０に収容される。そして、吸引ポンプ２２を駆動させた後、バルブ２４を閉めることにより、図３の矢印に示すように、吸着板２８に形成された吸引口３８から空気が吸引されて、燃料電池用セパレータ１２が吸着板２８に吸着される。ガスケット１８を収容した吸引溝４０からも、同様にして、吸引口３８から空気が吸引されて、燃料電池用セパレータ１２の端部が吸着板２８に吸着される。これにより、燃料電池用セパレータ１２の反り等が矯正され、燃料電池用セパレータ１２が吸着板２８に吸着して燃料電池用セパレータ吸引装置１０に保持される。

燃料電池用セパレータ１２を吸引することにより、燃料電池用セパレータ１２を吸着板２８に吸着した状態で、例えば、燃料電池用セパレータ１２に接着剤やプライマー等の塗布が行われる。燃料電池用セパレータ１２は、吸着板２８に吸着されており、反り等が矯正されているため、接着剤等を燃料電池用セパレータ１２により均一に塗布することができる。

次に、燃料電池用セパレータ１２取り外し時における動作について説明する。図４は、燃料電池用セパレータ吸引装置１０における燃料電池用セパレータ１２取り外し時の動作を示す図である。例えば、接着剤等の塗布が完了した後、バルブ２４を開けることにより、吸着板２８に形成された吸引口３８からの空気の吸引を止めて、吸引口３８や中空部３０等を大気開放する。それにより、燃料電池用セパレータ１２を、吸着板２８から取り外すことができる。

以上、上記構成によれば、燃料電池用セパレータ１２を吸引して吸着板に吸着させることにより、燃料電池用セパレータ１２の反り等を容易に矯正して、燃料電池用セパレータ１２を保持することができる。それにより、燃料電池用セパレータ１２に、例えば、接着剤等を塗布する場合においても、燃料電池用セパレータの反りが矯正されているため、接着剤塗布層の厚みをより均一にすることができる。

上記構成によれば、燃料電池用セパレータを吸引して吸着板に吸着させることにより、錘や外枠等を用いて燃料電池用セパレータを保持するよりも、燃料電池用セパレータの変形や損傷等を抑えて保持することができる。また、錘や外枠等を着脱するための工数を削減でき、生産性を向上させることができる。

上記構成によれば、吸着板は、ガスケット等を収容し、吸引口が形成された吸引溝を有しているので、燃料電池用セパレータの略中央部よりも反り等が大きい端部においても、ガスケットの変形や損傷等を抑えて吸引することができる。

上記構成によれば、吸着板がゴム材料等の弾性体で形成されているので、燃料電池用セパレータの吸引時に吸着板が弾性変形し、燃料電池用セパレータと吸着板とがより密着して吸引効率を更に高めることができる。また、燃料電池用セパレータの吸引時に、吸着板が弾性変形するため、燃料電池用セパレータの変形や損傷等を抑えることができる。

本発明の実施の形態において、燃料電池用セパレータ吸引装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態において、吸引台に多孔質材を使用した燃料電池用セパレータ吸引装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態において、燃料電池用セパレータ吸引装置における燃料電池用セパレータ吸引時の動作を示す図である。本発明の実施の形態において、燃料電池用セパレータ吸引装置における燃料電池用セパレータ取り外し時の動作を示す図である。反りが生じた燃料電池用セパレータを示す図である。燃料電池用セパレータの表面に、接着剤塗布ガン等を用いて接着剤を塗布する方法を示す図である。

符号の説明

１０燃料電池用セパレータ吸引装置、１２，４２燃料電池用セパレータ、１４凹部、１６凸部、１８ガスケット、２０筐体、２２吸引ポンプ、２４バルブ、２６,３５吸引台、２８吸着板、３０中空部、３２配管、３４バイパス配管、３６吸引穴、３８吸引口、４０吸引溝、４４接着剤、４６ノズル。

Claims

一方の面に凹凸状に形成された流路と、流路の周りに設けられたシール部材とを有する燃料電池用セパレータが置かれ、燃料電池用セパレータを吸着する吸着部と、
吸着部に設けられた吸引口から燃料電池用セパレータを吸引する吸引手段と、
を備える燃料電池用セパレータ吸引装置であって、
吸着部は、シール部材を収容し、吸引口が形成された吸引溝を有することを特徴とする燃料電池用セパレータ吸引装置。
請求項１に記載の燃料電池用セパレータ吸引装置であって、
吸着部は、燃料電池用セパレータの凸部が置かれる位置に吸引口が設けられることを特徴とする燃料電池用セパレータ吸引装置。
請求項１または２に記載の燃料電池用セパレータ吸引装置であって、
吸着部は、弾性体で形成されることを特徴とする燃料電池用セパレータ吸引装置。