JP2010153041A - Gas passage forming member used for power generation cell of fuel cell and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の発電セルにおいて、ガス拡散層とセパレータとの間に介在されるガス流路形成部材及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a gas flow path forming member interposed between a gas diffusion layer and a separator in a power generation cell of a fuel cell, and a method for manufacturing the same.
従来、固体高分子型燃料電池として、特許文献1に開示されたものが提案されている。この燃料電池は、発電セルを積層した燃料電池スタックにより構成されている。発電セルは、電解質膜の一面側にアノード電極層を形成し、他面側にカソード電極層を形成してなる膜−電極接合体を備えている。又、前記アノード電極層及びカソード電極層には、ガス流路形成部材(コレクタ)を介して水素ガス等の燃料ガスと空気等の酸化剤ガスが供給されることにより、膜−電極接合体に電極反応が生じて発電される。発電された電気はコレクタ及び板状のセパレータを介して外部に出力される。 Conventionally, as a polymer electrolyte fuel cell, what was indicated by patent documents 1 is proposed. This fuel cell is composed of a fuel cell stack in which power generation cells are stacked. The power generation cell includes a membrane-electrode assembly in which an anode electrode layer is formed on one side of an electrolyte membrane and a cathode electrode layer is formed on the other side. Further, the anode electrode layer and the cathode electrode layer are supplied with a fuel gas such as hydrogen gas and an oxidant gas such as air via a gas flow path forming member (collector), thereby forming a membrane-electrode assembly. An electrode reaction occurs to generate electricity. The generated electricity is output to the outside through a collector and a plate-like separator.
前記両ガス流路形成部材には、燃料ガス及び酸化剤ガスをアノード電極層及びカソード電極層に効率良く供給する能力が要求される。このため、特許文献1には改良されたガス流路形成部材が開示されている。このガス流路形成部材は、所定形状を有する多数の小さな貫通孔が形成された金属薄板よりなるラスカットメタルにより成形されている。このラスカットメタルは、例えば、板厚が0.1mm程度のステンレス板に対してラスカット加工を施すことにより、略六角形状の貫通孔が網目状に成形されている。又、網目状の六角貫通孔を形成している部分、つまりリング部(ストランド)が順次重なるように連結されて、その断面形状が階段状となっている。
燃料電池スタックを構成する発電セルは、前記両電極層の表面と前記ガス流路形成部材との間に導電性を有する繊維により形成されたカーボンペーパーよりなるガス拡散層が介在されている。このガス拡散層の微細な隙間を燃料ガス及び酸化剤ガスが通過する間にそれぞれ効率良く拡散されて各電極層に燃料ガス及び酸化剤ガスがそれぞれ適正に供給されるようになっている。又、発電セルは、両ガス拡散層とガス流路形成部材との電気的接触を適正に行うため、次の構成が採られている。複数の発電セルが積層されて燃料電池スタックが構成される。この際、単一の発電セルの上下二枚のセパレータが僅かに接近する方向に押圧されて、ガス流路形成部材がガス拡散層に押圧されるようになっている。このため、従来のガス流路形成部材を用いると、次のような現象が生じる。即ち。図17に示すように、例えばアノード電極層17に接合されたガス拡散層19と、セパレータ23との間にガス流路形成部材21が介在された状態において、セパレータ23が図面の下方に押圧される。すると、ガス流路形成部材21の接触部29がガス拡散層19に強く押し付けられる。このため、接触部29が図18に示すように、ガス拡散層19に食い込むので、次のような問題があった。
In the power generation cell constituting the fuel cell stack, a gas diffusion layer made of carbon paper formed of conductive fibers is interposed between the surfaces of both electrode layers and the gas flow path forming member. The fuel gas and the oxidant gas are efficiently diffused while the fuel gas and the oxidant gas pass through the minute gaps of the gas diffusion layer, and the fuel gas and the oxidant gas are appropriately supplied to each electrode layer. Further, the power generation cell has the following configuration in order to properly make electrical contact between both gas diffusion layers and the gas flow path forming member. A plurality of power generation cells are stacked to form a fuel cell stack. At this time, the upper and lower two separators of the single power generation cell are pressed in a slightly approaching direction, and the gas flow path forming member is pressed against the gas diffusion layer. For this reason, when the conventional gas flow path forming member is used, the following phenomenon occurs. That is. As shown in FIG. 17, for example, in a state where the gas flow
前記ガス拡散層19の一部が前記接触部29により切断破壊されて、ガス拡散層としての機能が低下する。又、ガス流路形成部材21のガス流路にガス拡散層の一部が侵入して、その有効面積が減少する。このため、燃料ガスの圧力損失が増加するので、燃料ガスの供給量が低下して、発電効率が低下するという問題があった。又、切断されたガス拡散層のカーボン繊維が燃料ガスにより流されてガス流路形成部材の毛細管状の狭いガス流路に付着して目詰まりが生じ、このため、燃料ガスの流れが阻害されて発電効率が低下する。さらに、各発電セル毎に前記ガス流路形成部材21の接触部29の食い込み量にバラツキが生じて、発電電圧の安定性が低下するという問題もあった。
A part of the
一方、図8に示すように、下部に位置する第1剪断型33には剪断刃33bのみを形成し、上部に位置する第2剪断型34には、凹部34bと凸部34aを交互に形成したラスカット成形装置を用いて、金属薄板からラスカットメタルを成形する方法も採られていた。この場合には、後に詳述するが、一回の第2剪断型34の昇降動作によって前記凹部34bにより金属薄板に成形される半リング部が凸部34aによって成形される半リング部によって下方に変位され、凹部34bと対応するラスカットメタル(ガス流路形成部材21)の半リング部に屈曲平面部が形成される。そして、図19に示すように、ガス拡散層19に接触されるガス流路形成部材21の接触部29に形成された屈曲平面部29aがガス拡散層19に面接触される。従って、前述した接触部29の食い込みに起因する問題を解消することができる。しかし、一回の前記第2剪断型34の昇降動作により前記屈曲平面部29aが幅広く形成されることによりガス流路形成部材21の厚さT寸法が低減されて、ガス流路の有効面積が低減され、発電効率が低下するという問題があった。
On the other hand, as shown in FIG. 8, only the
本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、ガス流路形成部材の接触部がガス拡散層等よりなるガス拡散層に食い込むことを抑制することができ、燃料電池の発電効率を向上できる発電セルに用いるガス流路形成部材及びその製造方法を提供することにある。 The present invention solves the above-mentioned problems in the prior art, and can suppress the contact portion of the gas flow path forming member from biting into the gas diffusion layer made of the gas diffusion layer, etc. An object of the present invention is to provide a gas flow path forming member used in a power generation cell capable of improving the efficiency and a manufacturing method thereof.
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、電極構造体の電極層に形成されたガス拡散層と、セパレータとの間にガス流路形成部材を介在し、該ガス流路形成部材に形成されたガス流路によって前記電極層に燃料ガス又は酸化剤ガスを供給するとともに、前記電極層における電極反応によって発電するように構成された燃料電池の発電セルに用いるガス流路形成部材において、前記ガス流路形成部材を、所定の形状の貫通孔を有する多数のリング部が網目状に形成された金属薄板製のラスカットメタルにより形成し、前記リング部のうち前記ガス拡散層の表面と接触する接触部に該ガス拡散層に面接触される屈曲平面部を形成し、該屈曲平面部及び前記リング部の連結板部の間に非屈曲平面部を形成し、前記屈曲平面部と非屈曲平面部は、ラスカット成形装置により前後して複数工程で成形されたものであることを要旨とする。 In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is characterized in that a gas flow path forming member is interposed between the gas diffusion layer formed in the electrode layer of the electrode structure and the separator, and the gas flow A gas flow path used in a power generation cell of a fuel cell configured to supply a fuel gas or an oxidant gas to the electrode layer through a gas flow path formed in a path forming member and generate power by an electrode reaction in the electrode layer In the forming member, the gas flow path forming member is formed of a lath cut metal made of a thin metal plate in which a large number of ring portions having through holes of a predetermined shape are formed in a mesh shape, and the gas diffusion layer of the ring portion Forming a bent flat surface portion in surface contact with the gas diffusion layer at a contact portion in contact with the surface of the substrate, forming a non-bending flat portion between the bent flat portion and the connecting plate portion of the ring portion, and Part and non-bent Surface is summarized in that those molded multipass one behind the Rasukatto molding device.
請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記各リング部は、ガスの流路方向から見て五角形状又は六角形状に成形されていることを要旨とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の燃料電池の発電セルに用いるガス流路形成部材の製造方法において、直線状の剪断刃を有する第1剪断型と、凹部と凸部を所定のピッチで複数箇所に形成するとともに、前記各凸部に前記剪断刃と協働して、金属薄板に複数の切り込みを形成する剪断刃を設けた第2剪断型とを用いて、前記第1剪断型及び第2剪断型の成形領域の途中まで金属薄板を送り込んだ状態で、金属薄板の端部に対し前記屈曲平面部を含む半リング部を成形する第1の工程と、上記第1の工程の後に、前記第1剪断型及び第2剪断型の成形領域の全域に金属薄板を送り込んだ状態で、金属薄板に対し前記非屈曲平面部を含む半リング部を成形する第2の工程と、上記第2の工程の後に、前記第1剪断型及び第2剪断型の成形領域の途中まで金属薄板を送り込んだ状態で、前記第2剪断型を前記金属薄板の送り方向と直交する方向にオフセットさせて、金属薄板の端部に対し前記屈曲平面部を含む半リング部を成形する第3の工程と、上記第3の工程の後に、前記第1剪断型及び第2剪断型の成形領域の全域に金属薄板を送り込んだ状態で、金属薄板に対し前記非屈曲平面部を含む半リング部を成形する第4の工程と、上記第1及び第2の工程と、第3及び第4の工程を交互に繰り返し行い、金属薄板に対し貫通孔を有するリング部を網目状に多数箇所に成形してラスカットメタルを成形する工程と、を含むことを要旨とする。
The gist of a second aspect of the present invention is that, in the first aspect, each of the ring portions is formed in a pentagonal shape or a hexagonal shape as viewed from the gas flow path direction.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for producing a gas flow path forming member used in the power generation cell of the fuel cell according to the first or second aspect, wherein the first shearing type having a linear shearing blade, the concave portion and the convex shape are provided. Using a second shearing die provided with a shearing blade for forming a plurality of cuts in a thin metal plate in cooperation with the shearing blade at each convex portion at a plurality of locations at a predetermined pitch, A first step of forming a half ring portion including the bent flat portion with respect to an end portion of the metal thin plate in a state in which the metal thin plate is fed to the middle of the forming region of the first shear mold and the second shear mold; After the first step, a second ring for forming the half ring portion including the non-bent flat portion with respect to the metal thin plate in a state in which the metal thin plate is fed to the entire area of the forming region of the first shearing die and the second shearing die. And after the second step, the first shear type and the second shear A half ring including the bent flat portion with respect to the end of the metal thin plate by offsetting the second shearing die in a direction perpendicular to the feeding direction of the metal thin plate in a state where the metal thin plate is fed to the middle of the forming region A third step of forming the portion, and after the third step, the non-bending plane with respect to the metal thin plate in a state in which the metal thin plate is fed to the entire forming region of the first shear mold and the second shear mold. The fourth step of forming the half ring portion including the portion, the first and second steps, and the third and fourth steps are alternately repeated to form a ring portion having a through hole in the metal thin plate. And a step of forming a lath cut metal into a plurality of locations.
請求項4に記載の発明は、請求項3において、前記第2の工程及び第4の工程は、それぞれ複数回行われることを要旨とする。
(作用)
この発明は、ガス流路形成部材の貫通孔を形成するリング部の外周縁のうちカーボンペーパー等のガス拡散層と接触する接触部に屈曲平面部が形成されているので、ガス拡散層の表面に対し、前記屈曲平面部が面接触される。このため、ガス拡散層に接触部が食い込むことはなく、ガス拡散層の破壊が防止されるとともに、ガス流路形成部材のガス通路に破壊されたガス拡散層が侵入してガス通路の有効面積が減少することはない。
The gist of the invention of claim 4 is that, in claim 3, the second step and the fourth step are each performed a plurality of times.
(Function)
In this invention, since the bent flat portion is formed in the contact portion that comes into contact with the gas diffusion layer such as carbon paper in the outer peripheral edge of the ring portion that forms the through hole of the gas flow path forming member, the surface of the gas diffusion layer On the other hand, the bent flat portion is brought into surface contact. For this reason, the contact portion does not bite into the gas diffusion layer, the destruction of the gas diffusion layer is prevented, and the destroyed gas diffusion layer enters the gas passage of the gas flow path forming member and the effective area of the gas passage Will not decrease.
又、この発明は前記屈曲平面部と非屈曲平面部を二回のラスカット加工により成形するようにしたので、一回のラスカット加工によりリング部の幅方向の全域に幅広い屈曲平面部を成形する構造と比較して、屈曲平面部の形成幅を小さくし、その分、ガス流路形成部材の厚さ寸法を大きくすることができ、ガス流路の有効面積を増大し、発電効率を向上することができる。 In addition, since the present invention is such that the bent flat portion and the non-bent flat portion are formed by twice the lath cut processing, a wide bent flat portion is formed in the entire width direction of the ring portion by a single lath cut processing. Compared with the above, the formation width of the bent flat portion can be reduced, and the thickness dimension of the gas flow path forming member can be increased correspondingly, the effective area of the gas flow path can be increased, and the power generation efficiency can be improved. Can do.
本発明によれば、ガス流路形成部材の接触部がカーボンペーパー等よりなるガス拡散層に食い込むことを抑制することができるとともに、ガス流路形成部材の厚さ寸法を大きくすることができ、ガス流路の有効面積を増大し、燃料電池の発電効率を向上できる。 According to the present invention, the contact portion of the gas flow path forming member can be prevented from biting into the gas diffusion layer made of carbon paper or the like, and the thickness dimension of the gas flow path forming member can be increased. The effective area of the gas channel can be increased, and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図1〜図16に従って説明する。
この実施形態の固体高分子型の燃料電池スタック11は、図1に示すように多数の発電セル12を積層して構成されている。
Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS.
The polymer electrolyte fuel cell stack 11 of this embodiment is formed by stacking a large number of
前記発電セル12は、図1及び図2に示すように、四角枠状をなし、それぞれ燃料ガス通路空間S1及び酸化剤ガス通路空間S2を有する合成ゴム(又は合成樹脂)製の第1,第2フレーム13,14と、両フレーム13,14間に配設される電極構造体としてのMEA15(Membrane−Electrode−Assembly: 膜−電極接合体)とを備えている。又、前記発電セル12は、前記燃料ガス通路空間S1に収容された金属よりなる第1ガス流路形成部材21と、前記酸化剤ガス通路空間S2に収容された金属よりなる第2ガス流路形成部材22とを備えている。さらに、前記発電セル12は、前記フレーム13及び第1ガス流路形成部材21の図示上面に接着された平板室状のチタン又はチタン合金よりなる第1セパレータ23と、前記フレーム14及び第2ガス流路形成部材22の図示下面に接着されたチタン又はチタン合金よりなる第2セパレータ24とを備えている。図2においては、前記ガス流路形成部材21,22の構成は平板状に簡略化して図示されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
前記第1フレーム13の対向する平行な二辺には、それぞれ長孔状のガス通路13a,13bが形成されている。前記第2フレーム14の対向する平行な二辺には、それぞれガス通路14a,14bが形成されている。前記ガス通路13a,13bと、ガス通路14a,14bとは、互いに対応されない辺に形成されている。
On the two opposite parallel sides of the
前記MEA15は、図1及び図2に示すように電解質膜16と、該電解質膜16の図示上面及び下面に対し所定の触媒を積層して形成されたアノード電極層17及びカソード電極層18と、前記両電極層17、18の表面にぞれぞれ接着された導電性を有する例えばカーボンペーパーよりなるガス拡散層19,20とにより構成されている。
The
第1,第2セパレータ23,24の直交する二辺には、ガス導入口23a,24aが形成され、他の直交する二辺には、ガス導出口23b,24bが形成されている。
図3に示すように、前記第1,第2ガス流路形成部材21,22は、板厚が0.1mm程度の金属製のラスカットメタル25(以下、単にラスメタルという)によって形成されている。前記ラスメタル25には、図4に示すように略六角形状の貫通孔26が千鳥状に多数箇所に成形されている。前記貫通孔26を形成している部分をリング部27といい、これらのリング部27が連結板部28(図3のドットを施した部分)によって順次重なるように連結されている。
As shown in FIG. 3, the first and second gas flow
図3及び図4に示すように、前記リング部27の図示上側の半リング部R1は、左右一対の第1傾斜板部27aと、両傾斜板部27aの上端部に一体に架橋連結された第1平板部27bとにより構成されている。前記リング部27の図示下側の半リング部R2は、左右一対の第2傾斜板部27cと、両第2傾斜板部27cの下端部に一体に架橋連結された第2平板部27dとにより構成されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the upper half ring portion R1 of the
図3に示すように、前記連結板部28は前記リング部27の第2平板部27dと同じ板部となっている。前記リング部27の第1平板部27bの前記連結板部28(平板部27d)と反対側の端部には、前記ガス拡散層19の表面に接触される第1接触部29となっている。前記第1接触部29には前記屈曲平面部29aが形成され、屈曲平面部29aは、図5及び図6に示すように前記ガス拡散層19(20)に面接触されるようにしている。前記リング部27の前記第1平板部27bと連なる第2平板部27dの端部は、第1又は第2セパレータ23,24の内面に線接触される第2接触部30となっている。
As shown in FIG. 3, the connecting
前記屈曲平面部29aと前記連結板部28(下側平板部27d)との間の第1平板部27bは、連結板部28と略同一平面上に位置する非屈曲平面部27fとなっている。図5に示すように、前記連結板部28(非屈曲平面部27f)に対する屈曲平面部29aの屈曲角αは、60〜70°の範囲に設定され、この実施形態では65°に設定されている。又、前記非屈曲平面部27fと屈曲平面部29aとにより第1平板部27bが形成されている。
A first
図1に示すように、前記第1,第2ガス流路形成部材21,22は、それぞれ第1,第2フレーム13,14の燃料ガス通路空間S1、酸化剤ガス通路空間S2内において、前記ガス拡散層19,20の表面と、第1,第2セパレータ23,24の内面とに接触されている。
As shown in FIG. 1, the first and second gas flow
図2に矢印G1で示すように、第1セパレータ23の一方のガス導入口23aから前記燃料ガス通路空間S1に導入された燃料ガスが一方のガス導出口23b、第2フレーム14のガス通路14b及び第2セパレータ24の一方のガス導出口24bに流れるように前記第1ガス流路形成部材21が収容されている。図2に矢印G2で示すように、第1セパレータ23の他方のガス導入口23aから前記第1フレーム13のガス通路13aを通して第2フレーム14の前記酸化剤ガス通路空間S2に導入された酸化剤ガスが第1フレーム13のガス通路13bを通して他方のガス導出口23b及び第2セパレータ24の他方のガス導出口24bに流れるように前記第2ガス流路形成部材22が収容されている。
As indicated by an arrow G1 in FIG. 2, the fuel gas introduced into the fuel gas passage space S1 from one
この実施形態では、図1に示す第1フレーム13と電解質膜16との接触面及び第1フレーム13と第2フレーム14の接触面のガスのシールを図る観点から、第1及び第2フレーム13,14が合成ゴムにより成形されている。このため、発電セル12を積層して燃料電池スタック11を構成する際に、該スタック11の締結荷重により、第1,第2ガス流路形成部材21,22が第1,第2セパレータ23,24によってMEA15側に若干押圧された状態で組み付けられる。従って、第1ガス流路形成部材21の第1接触部29の屈曲平面部29aとガス拡散層19との面接触状態が適正に保持される。なお、第2ガス流路形成部材22側についてもガス流路形成部材21側の上記の構成と同様に構成されている。
In this embodiment, the first and
さて、燃料電池スタック11においては、積層された発電セル12間で、第1セパレータ23の一方のガス導入口23a及び第2セパレータ24の一方のガス導入口24aが第1フレーム13の燃料ガス通路空間S1及び第2フレーム14のガス通路14aを介して、全て連通された状態となり、燃料ガス(水素ガス)流通路が形成される。一方、第1セパレータ23の他方のガス導入口23a及び第2セパレータ24の他方のガス導入口24aが第1フレーム13のガス通路13b及び第2フレーム14の酸化剤ガス通路空間S2を介して、全て連通された状態となり、酸化剤ガス(空気)流通路が形成される。前記燃料ガス流通路及び酸化剤ガス流通路に供給された燃料ガス及び酸化剤ガスは、前記第1,第2ガス流路形成部材21,22によって、燃料ガス通路空間S1、酸化剤ガス通路空間S2内を均一に拡散して流れることになる。即ち、燃料ガス通路空間S1内における燃料ガスは、前記第1ガス流路形成部材21に形成された千鳥配置の多数の貫通孔26を通過することによって乱流となり、燃料ガスはガス通路空間S1内において均一に拡散した状態となる。燃料ガスがガス拡散層19を通過することによって適正に拡散されて、アノード電極層17に燃料ガスが均一に供給される。そして、燃料ガスと酸化剤ガスとの供給によりMEA15において電極反応が起こることによって発電される。発電セル12は、複数積層されているため、所望の出力が得られる。
In the fuel cell stack 11, between the stacked
次に、前記第1,第2ガス流路形成部材21,22の製造方法に用いるラスカット成形装置について説明する。
前記第1ガス流路形成部材21は、図7に示すラスカット成形装置を用いて成形される。このラスカット成形装置は、金属薄板25Aを順次供給するための上下一対の送りローラ31を備えている。又、この成形装置は、薄板25Aに多数箇所に切れ目を入れるとともに切れ目と対応する金属薄板25Aを曲げ伸ばして塑性変形させる成形機構32を備えている。この成形機構32によって、前記金属薄板25Aに網目状をなす多数の六角形の貫通孔26(リング部27)が階段状に成形されてラスメタル25が成形される。
Next, a lath cut molding apparatus used in the method for manufacturing the first and second gas flow
The first gas flow
前記成形機構32は、図8に示すように、所定位置において、図示しない支持台に固定された第1剪断型33と、図示しない昇降機構及びオフセット機構により上下方向及び金属薄板25Aの送り方向と直交する幅方向(図7の紙面直交方向)に往復動可能な第2剪断型34とによって構成されている。前記第1剪断型33の金属薄板25Aを支持する上面33aの金属薄板25Aの送り方向下流側の縁部には、直線状の剪断刃33bが形成され、剪断刃33bの下方は平面状の位置規制面33cとなっている。
As shown in FIG. 8, the forming
前記第2剪断型34の下部には、凸部34aと凹部34bが水平方向に所定のピッチで多数箇所に交互に形成されている。前記第2剪断型34の凸部34aの下端には水平成形面34cが形成され、凸部34aの左右両側には傾斜成形面34dが形成されている。前記凹部34bの左右両側面は、前記凸部34aの傾斜成形面34dと同じ成形面となっている。前記凹部34bの内頂面には、水平成形面34eが形成されている。前記成形面34c及び傾斜成形面34dの金属薄板25Aの送り方向の上流側の縁部には、前記第1剪断型33の剪断刃33bと協働して金属薄板25Aに切れ目を入れる逆台形状の剪断刃34fが形成されている。
On the lower portion of the second shearing die 34,
次に、前記のように構成された成形装置を用いて、ガス流路形成部材21を成形する方法を図9〜図16を中心に説明する。
図7に示す送りローラ31によって、図9(a)に示すように、金属薄板25Aが所定の第1送り量L1(例えば0.2mm)で、第1剪断型33の剪断刃33bよりも送り方向の下流側の成形領域の途中まで突出するように送られる。この状態で、第2剪断型34が第1剪断型33に向かって下降され、第1剪断型33の剪断刃33bと第2剪断型34の剪断刃34fによって、金属薄板25Aの一部を剪断して、多数の切れ目を形成する。次に、図10(a),(b)に示すように、第2剪断型34を、最下点位置まで下降させ、該第2剪断型34の凸部34aと接触している金属薄板25Aを下方に曲げ伸ばす。この凸部34aによって、曲げ伸ばされた部分は、図10(b)に示すように略逆台形状となる。反対に、前記凹部34bに入り込んだ金属薄板25Aは、略台形状となる。
Next, a method of forming the gas flow
By the
上記の第1の工程においては、前記リング部27の下側の半リング部R2を形成する第2平板部27d(連結板部28)は、図10(b)に示すように前記凸部34aの水平成形面34cによって下方に強制的に押し下げられるので、水平状態に成形される。ところが、凹部34bと対応する金属薄板25Aは第1剪断型33に前記凹部34bに入り込む凸部が設けられていないので、下方から強制的に押し込まれることはない。このため、凹部34bによって成形されるリング部27の上側の半リング部R1の第1平板部27bは、図10(a)に示すように、第1剪断型33の剪断刃33bを中心に下方に傾斜するように垂れ下り、水平の金属薄板25Aに対し屈曲角αの屈曲平面部29aが形成され、これが第1接触部29となる。その後、図11(a),(b)に示すように、第2剪断型34は、最下点位置から上方の原位置まで復帰する。
In the first step, the second
続いて、図7に示す前記送りローラ31によって図11(a)に示すように金属薄板25Aが所定の第2送り量L2(例えば0.1mm)で、第1剪断型33の剪断刃33bよりも第2剪断型34側に突出するように送られる。この状態で、図12(a),(b)に示すように、第2剪断型34が左右方向にオフセットされない同じ位置において、再び下降され、金属薄板25Aの端縁にリング部27の上側の半リング部R1と下側の半リング部R2が成形される。このとき、上側の半リング部R1の第1平板部27bは、前記第1接触部29と同様にフリーの状態であるが、第1平板部27bの前記第2送り量L2が接触部29の第1送り量L1よりも小さい。このため、前記第1平板部27bが第1剪断型33の剪断刃33bの近傍に位置して、第2剪断型34の凹部34bの水平成形面34eに添い易くなり、下方へのダレが殆ど無くなる。このため、屈曲平面部29aの後側の第1平板部27bが図12(b)に示すように下方に垂れ下がることはなく、ほぼ水平状態に保持され、該第1平板部27bが非屈曲平面部27fとなる。この第2の工程により非屈曲平面部27fを含む半リング部R1,R2が成形される。
Subsequently, as shown in FIG. 11A, the metal
上述のように、本来、一回の成形動作で形成される半リング部R1,R2を二回に分けて成形し、一回目に成形された前記屈曲平面部29aに続いて非屈曲平面部27fを成形するので、前記屈曲平面部29aの形成幅が一回のみで行う場合と比較して適正幅に抑制される。
As described above, the half ring portions R1 and R2 that are originally formed by one molding operation are molded in two steps, and the bent plane portion 29f that is molded the first time is followed by the
次に、図13(a)に示すように、前記第2剪断型34を上昇させて原位置に移動した後、金属薄板25Aを再び前記第1送り量L1だけ送り込む。又、前記第2剪断型34を図13(b)に示すように、リング部27の配列ピッチの例えば半ピッチだけ右方又は左方に移動した後、前述したように第2剪断型34を下降させて、金属薄板25Aを図14(a)(b)に示すように成形する。そして、前記半リング部R2の上側に半リング部R1を成形し半リング部R1の上側に半リング部R2を成形することにより、複数のリング部27を成形する。この第3の工程の後に、図15(a)(b)に示すように、前記第2剪断型34を前述したオフセット状態のままで、金属薄板25Aを第2送り量L2だけ送り、第2剪断型34を下降させて、図16(a)(b)に示すように、半リング部R1,R2を成形する。この第4の工程により非屈曲平面部27fを含む半リング部R1,R2が成形される。
Next, as shown in FIG. 13A, after the second shearing die 34 is raised and moved to the original position, the
その後、前述した第1及び第2の工程と、第3及び第4の工程とを交互に繰り返し行うことにより図3〜図5に示すようにラスメタル25が成形される。このラスメタル25には図3に示すように多数の網目状の貫通孔26を有するリング部27が千鳥状に形成される。
Thereafter, the
前記第2剪断型34の凸部34aに設けた剪断刃34fによって剪断されない金属薄板25Aは、ラスメタル25に切れ目が加工されない部分として残る。この切れ目なしの部分が連結板部28(第2平板部27d)となることによりリング部27は順次重なるように連結されて、ラスメタル25は、その断面形状が図3及び図5に示すような階段状に形成される。
The
このようにして、ラスメタル25の製造が完了すると、このラスメタル25を所定寸法に切断することによって図1及び図2に示す第1,第2ガス流路形成部材21,22が形成される。
When the manufacture of the
上記のように製造された第1ガス流路形成部材21は図1に示すように発電セル12に組み込まれた状態で、図6に示すように、ガス拡散層19の上面に第1ガス流路形成部材21の第1接触部29の屈曲平面部29aが面接触されるとともに、第2接触部30が第1セパレータ23の裏面に線接触される。
The first gas flow
上記実施形態の第1,第2ガス流路形成部材21,22によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)上記実施形態では、第1,第2フレーム13,14の燃料ガス通路空間S1、酸化剤ガス通路空間S2に収容された第1,第2ガス流路形成部材21,22をラスメタル25により成形した。そして、ラスメタル25のリング部27の前記ガス拡散層19の表面に接触される第1接触部29に対し屈曲平面部29aを形成した。このため、繊維から形成されたガス拡散層19と第1接触部29との接触状態を面接触にすることができ、ガス拡散層19の表面に第1接触部29が食い込むことを抑制することができる。従って、第1及び第2ガス流路形成部材21,22の燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路にガス拡散層19,20が侵入して、燃料ガス通路空間S1及び酸化剤ガス通路空間S2の有効断面積が低減されることを防止でき、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給量が低減して発電効率が低下することを回避することができる。
According to the first and second gas flow
(1) In the above embodiment, the first and second gas flow
又、第1接触部29がガス拡散層19,20に線接触される場合と比較して、ガス拡散層19,20と第1,第2ガス流路形成部材21,22との電気的な接続を適正に行い、ガス拡散層19,20から第1,第2ガス流路形成部材21,22への電気の流れが円滑になり、集電効率を向上することができる。さらに、第1接触部29が接触されるガス拡散層19,20の接触部の損傷を防止することができる。このため、ガス拡散層19,20を形成する例えばカーボンペーパーの切断されたカーボン繊維がガス流路形成部材21,22のガス通路に目詰まりするのを防止でき、発電性能を確保することができる。
Further, as compared with the case where the
(2)上記実施形態では、本来、剪断刃33bの他は備えていない第1剪断型33と凸部34a及び凹部34bを備えた第2剪断型34により一回の工程で行うリング部27の半リング部R1,R2の成形をそれぞれ二工程で行うようにした。このため、図5に示すようよに、前記屈曲平面部29aの形成幅W1が狭くなり、ガス流路形成部材21の厚さT1の寸法を一回の工程で行う場合と比較して大きく設定することができ、ガス流路形成部材21内のガス流路の有効面積を確保して、ガスの供給を適正に行い、発電効率を向上することができる。仮に、半リング部R1,R2の成形を一回の工程で行うと、図5に二点鎖線で示すように、接触部29の屈曲平面部29aが形成幅W2が大きくなり、その分だけ該接触部29が下方に変位し、前記厚さT2が減少する。このため、ガス流路形成部材21のガス流路の有効面積が低減されて、発電効率が低減される。
(2) In the above embodiment, the
(3)上記実施形態では、平面部形成装置として、従来、製造された図7及び図8に示す簡素な構造の第1剪断型33及び第2剪断型34を用いるのみで良いため、成形装置を簡素化することができるとともに、リング部27の第1接触部29に対し屈曲平面部29aを容易に成形することができる。
(3) In the above-described embodiment, since it is only necessary to use the
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・図示しないが、前記第1剪断型33の前側面に対し前記第2剪断型34の凸部34aの水平成形面34cとの間で、金属薄板25Aを挟着する成形面を設けてもよい。この場合には、リング部27の第2平板部27dが湾曲するのを防止することができる。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
Although not shown, a molding surface for sandwiching the metal
・図11及び図12に示す前記第2の工程及び図15及び図16に示す第4の工程を、それぞれ複数回に分けて行ってもよい。
・前記実施形態では、前記第2剪断型34の凸部及び凹部34a,34bの形成ピッチの半ピッチだけ該第2剪断型34を左右方向にオフセットして、半リング部R1,R2を成形するようにしたが、このオフセット量を適宜に変更してもよい。又、各リング部27を千鳥配置にしなくてもよい。
The second step shown in FIGS. 11 and 12 and the fourth step shown in FIGS. 15 and 16 may be performed in a plurality of times.
In the embodiment, the half ring portions R1 and R2 are formed by offsetting the second shear die 34 in the left-right direction by a half pitch of the formation pitch of the convex portions and the
・前記リング部27の形状を六角形状以外に例えば五角形状に成形してもよい。
・第1,第2ガス流路形成部材21,22の材料として、導電性を有する例えばステンレス板、アルミニウム、銅等の金属板を用いてもよい。
-You may shape the shape of the said
-As a material of the 1st, 2nd gas flow
R1,R2…半リング部、27…リング部、12…発電セル、17…電極層、19,20…ガス拡散層、21,22…ガス流路形成部材、25…ラスカットメタル、25A…金属薄板、26…貫通孔、27f…非屈曲平面部、28…連結板部、29…接触部、29a…屈曲平面部、33…第1剪断型、33b,34f…剪断刃、34…第2剪断型、34a…凸部、34b…凹部。 R1, R2 ... half ring part, 27 ... ring part, 12 ... power generation cell, 17 ... electrode layer, 19, 20 ... gas diffusion layer, 21, 22 ... gas flow path forming member, 25 ... lath cut metal, 25A ... metal thin plate , 26 ... through-hole, 27 f ... non-bending flat part, 28 ... connecting plate part, 29 ... contact part, 29 a ... bending flat part, 33 ... first shearing type, 33b, 34f ... shearing blade, 34 ... second shearing type , 34a ... convex portion, 34b ... concave portion.
Claims (4)
前記ガス流路形成部材を、所定の形状の貫通孔を有する多数のリング部が網目状に形成された金属薄板製のラスカットメタルにより形成し、前記リング部のうち前記ガス拡散層の表面と接触する接触部に該ガス拡散層に面接触される屈曲平面部を形成し、該屈曲平面部及び前記リング部の連結板部の間に非屈曲平面部を形成し、前記屈曲平面部と非屈曲平面部は、ラスカット成形装置により前後して複数工程で成形されたものであることを特徴とする燃料電池の発電セルに用いるガス流路形成部材。 A gas flow path forming member is interposed between the gas diffusion layer formed in the electrode layer of the electrode structure and the separator, and the fuel gas or the gas layer is formed in the electrode layer by the gas flow path formed in the gas flow path forming member. In the gas flow path forming member used for the power generation cell of the fuel cell configured to supply the oxidant gas and generate power by the electrode reaction in the electrode layer,
The gas flow path forming member is formed of a lath cut metal made of a thin metal plate in which a large number of ring portions having through holes of a predetermined shape are formed in a mesh shape, and contacts the surface of the gas diffusion layer in the ring portion Forming a bent flat portion in surface contact with the gas diffusion layer at the contact portion, forming a non-bending flat portion between the bent flat portion and the connecting plate portion of the ring portion, and unbending with the bent flat portion. A gas flow path forming member used for a power generation cell of a fuel cell, wherein the flat portion is formed by a plurality of processes before and after the lath cut molding apparatus.
直線状の剪断刃を有する第1剪断型と、
凹部と凸部を所定のピッチで複数箇所に形成するとともに、前記各凸部に前記剪断刃と協働して、金属薄板に複数の切り込みを形成する剪断刃を設けた第2剪断型とを用いて、
前記第1剪断型及び第2剪断型の成形領域の途中まで金属薄板を送り込んだ状態で、金属薄板の端部に対し前記屈曲平面部を含む半リング部を成形する第1の工程と、
上記第1の工程の後に、前記第1剪断型及び第2剪断型の成形領域の全域に金属薄板を送り込んだ状態で、金属薄板に対し前記非屈曲平面部を含む半リング部を成形する第2の工程と、
上記第2の工程の後に、前記第1剪断型及び第2剪断型の成形領域の途中まで金属薄板を送り込んだ状態で、前記第2剪断型を前記金属薄板の送り方向と直交する方向にオフセットさせて、金属薄板の端部に対し前記屈曲平面部を含む半リング部を成形する第3の工程と、
上記第3の工程の後に、前記第1剪断型及び第2剪断型の成形領域の全域に金属薄板を送り込んだ状態で、金属薄板に対し前記非屈曲平面部を含む半リング部を成形する第4の工程と、
上記第1及び第2の工程と、第3及び第4の工程を交互に繰り返し行い、金属薄板に対し貫通孔を有するリング部を網目状に多数箇所に成形してラスカットメタルを成形する工程と、
を含むことを特徴とする燃料電池の発電セルに用いるガス流路形成部材の製造方法。 In the manufacturing method of the gas flow path formation member used for the power generation cell of the fuel cell according to claim 1 or 2,
A first shear type having a linear shear blade;
A second shearing die having a plurality of recesses and projections at a predetermined pitch and provided with a shearing blade for forming a plurality of cuts in the metal thin plate in cooperation with the shearing blade at each projection. make use of,
A first step of forming a half ring portion including the bent flat portion with respect to an end of the metal thin plate in a state in which the metal thin plate is fed to the middle of the forming region of the first shear mold and the second shear mold;
After the first step, a half ring portion including the non-bent flat portion is formed on the metal thin plate in a state where the metal thin plate is fed to the entire area of the forming region of the first shearing die and the second shearing die. Two steps;
After the second step, the second shearing die is offset in a direction orthogonal to the feeding direction of the metal thin plate in a state where the metal thin plate is fed halfway through the forming regions of the first shearing die and the second shearing die. A third step of forming a half ring part including the bent plane part with respect to the end part of the metal thin plate;
After the third step, a half ring part including the non-bent flat part is formed on the metal thin plate in a state in which the metal thin plate is fed to the entire forming region of the first shearing type and the second shearing type. 4 steps,
The above first and second steps and the third and fourth steps are alternately repeated, and a ring portion having through holes is formed in a mesh shape at a large number of locations on the metal thin plate, and a lath cut metal is formed; ,
The manufacturing method of the gas flow path formation member used for the electric power generation cell of a fuel cell characterized by the above-mentioned.
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