JP4237128B2 - 燃料電池セパレータ用金型、燃料電池セパレータの製造方法、燃料電池セパレータ、燃料電池セパレータの製造装置、及び燃料電池 - Google Patents
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Description
前記燃料電池セパレータの一方の主面に、ジグザグ形状の複数本の流路溝を成形するための複数本の流路溝凸部を有する第1の流路成形部と、
前記成形される燃料電池セパレータの前記複数本の流路溝の入口から出口へ至る経路の中央近傍に対応する前記第1の流路成形部上の位置に形成され、且つ、前記複数本の流路溝のうち流通方向が同一方向となる部分に対応する、前記第1の流路成形部上の複数本の前記流路溝凸部にわたって形成されている射出成形材注入ゲートとを備えている、燃料電池セパレータ用金型である。
又、複数の凸部にわたり材料注入用のゲート部を設けることで材料注入用の開口面積が大きく確保でき、セパレータ形状に左右されない成形性を得ることが可能であった。
又、流路に従ってセパレータ面内を折り返して流れるべき流体の流れを妨げることなく、電池の発電性能をや所定の圧力損失を確保でき、このセパレータを用いた燃料電池システムの効率を維持することが可能であった。
又、成形時にゲートからセパレータ周辺へ向かって流れる材料が受ける流路抵抗が全方位にわたり均一化される。そのためセパレータ金型内への材料充填が均質化し、成形時間の短縮も行われる。さらに、全方位にわたり材料の流れる距離が均質化されることから充填される材料に対する放熱面積も均質化される。また、ゲート部が流路構成部の中央近傍にあることで、最も大きな流路抵抗となっている流路構成部に、最も流れやすい状態(粘性の低い状態)での溶融材料が注入され、流路構成部通過時の流路抵抗を下げることが可能になる。その結果、金型内での材料が受ける成形性(面粗度の向上、ウエルド部の強度向上、材料充填性)、ガス抜き性、寸法精度が向上させるに好適であった。さらに、流路抵抗が下がることで、高圧成形が可能な特殊な成形機が不要になり、設備投資が下がり結果としてコスト低減の効果もでる。また、高圧成形が可能な設備がある場合は、材料押し出し圧力が同一であれば、流路抵抗が下がっているため、材料充填時間が短くなり成形サイクルが短縮され、生産性の向上、コスト低減が可能になる。
また、第2の本発明は、前記射出成形材注入ゲートは、前記燃料電池セパレータの一方の主面の中央に対応する前記第1の流路成形部上の位置に設けられている、第1の本発明の燃料電池セパレータ用金型である。
前記第1の流路成形部は、
電解質の両面に配置された一対の電極の一方に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路、又は冷却を行うための冷却水流路を成形するための流路成形部である、第1の本発明の燃料電池セパレータ用金型である。
ジグザグ形状の複数本の流路溝を一方の主面に備え、
前記複数本の流路溝の入口から出口へ至る経路の中央近傍であって、前記複数本の流路溝のうち流通方向が同一となる複数本の前記流路溝にわたるように射出成形材注入ゲート跡が形成されている、燃料電池セパレータである。
前記セパレータは、第7の本発明の燃料電池セパレータである、燃料電池である。
前記セパレータは、第8の本発明の燃料電池セパレータである、燃料電池である。
前記セパレータは、第9の本発明の燃料電池セパレータである、燃料電池である。
前記燃料電池セパレータ用金型の前記射出成形材注入ゲートに射出成形材を注入するためのノズルと、
前記射出成形材注入ゲートに注入される前記射出成形材を加熱する加熱部とを備えた、燃料電子セパレータの製造装置である。
はじめに、本発明の本実施の形態1におけるセパレータの構造について説明する。図1〜図3は、本発明の実施の形態1における3種類の燃料電池セパレータの平面図である。図1(a)は、セパレータ(W/A)1の冷却水流路が形成された側1aの平面図である。また、図1(b)は、セパレータ(W/A)1の燃料ガス流路が形成された側1bの平面図である。
上記効果は、射出成形材注入ゲート跡が入口マニホールドと出口マニホールドの間に3カ所のものでも得られたが、入口から出口中央近傍に1カ所のゲートの場合、ゲートを中心とした全方位に渡る材料充填の均一性が特に顕著であった。
比較例1のセパレータとして、射出成形材注入ゲート21の位置が異なる以外は実施の形態1と同じ金型を用いて3種類のセパレータを製造した。
さらに比較例2のセパレータとして、射出成形材注入ゲート跡がセパレータのサイドに形成されるような金型を用いて、サイドからフィルム上に充填するゲート構成のセパレータを作成した。金型の基本構成は実施の形態1と同様にホットランナー方式とし、金型材料、金型温度、射出ノズル温度は同一とした。まず、射出圧力を1600kgf/cm2で成形を行った。その結果を実施の形態1のセパレータとの比較で下記表に示す。
また、比較例3のセパレータとして、射出成形材注入ゲート跡12をセパレータ(C/A)3の面3bの燃料ガス入口マニホールド7と燃料ガス出口マニホールド8の間に3カ所設けたセパレータを、射出成形材注入ゲート21の位置を変更した金型を用いて作成した。
別の実施の形態を説明する。セパレータの形状以外の要素は実施の形態1に用いたものと同じものを用いて評価を行った。
また、電池性能の電圧バラツキが○とは、電圧バラツキが±10mV以内であることを表している。
1a セパレータ(W/A)の冷却水流路形成面
1b セパレータ(W/A)の燃料ガス流路形成面
2 セパレータ(C/W)
2a セパレータ(C/W)の酸化剤ガス流路形成面
2b セパレータ(C/W)の冷却水流路形成面
3 セパレータ(C/A)
3a セパレータ(C/A)の酸化剤ガス流路形成面
3b セパレータ(C/A)の燃料ガス流路形成面
4 冷却水流路
5 冷却水入口マニホールド
6 冷却水出口マニホールド
7 燃料ガス入口マニホールド
8 燃料ガス出口マニホールド
9 酸化剤ガス入口マニホールド
10 酸化剤ガス出口マニホールド
11 燃料ガス流路
12 射出成形材注入ゲート跡
13 酸化剤ガス流路
20 金型
21 射出成形材注入ゲート
22 冷却水流路成形部
23 燃料ガス流路成形部
24 マニホールド成形部
Claims (13)
- 燃料電池セパレータを成形する燃料電池セパレータ用金型において、
前記燃料電池セパレータの一方の主面に、ジグザグ形状の複数本の流路溝を成形するための複数本の流路溝凸部を有する第1の流路成形部と、
前記成形される燃料電池セパレータの前記複数本の流路溝の入口から出口へ至る経路の中央近傍に対応する前記第1の流路成形部上の位置に形成され、且つ、前記複数本の流路溝のうち流通方向が同一方向となる部分に対応する、前記第1の流路成形部上の複数本の前記流路溝凸部にわたって形成されている射出成形材注入ゲートとを備えている、燃料電池セパレータ用金型。 - 前記射出成形材注入ゲートは、前記燃料電池セパレータの一方の主面の中央に対応する前記第1の流路成形部上の位置に設けられている、請求項1記載の燃料電池セパレータ用金型。
- 前記燃料電池セパレータの他方の主面に、ジグザグ形状の複数本の流路溝を成形するための複数本の流路溝凸部を有する第2の流路成形部を備えた、請求項1記載の燃料電池セパレータ用金型。
- 前記第1の流路成形部は、
電解質の両面に配置された一対の電極の一方に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路、又は冷却を行うための冷却水流路を成形するための流路成形部である、請求項1記載の燃料電池セパレータ用金型。 - 請求項1記載の燃料電池セパレータ用金型内に前記射出成形材注入ゲートから材料を注入し射出成形を行う工程を備えた、燃料電池セパレータの製造方法。
- 前記材料は、導電性フィラーとバインダー樹脂との混合物を含んでいる、請求項5記載の燃料電池セパレータの製造方法。
- ジグザグ形状の複数本の流路溝を一方の主面に備え、
前記複数本の流路溝の入口から出口へ至る経路の中央近傍であって、前記複数本の流路溝のうち流通方向が同一となる複数本の前記流路溝にわたるように射出成形材注入ゲート跡が形成されている、燃料電池セパレータ。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池セパレータ用金型を用いて成形された、燃料電池セパレータ。
- 請求項5又は6に記載の燃料電池セパレータの製造方法により成形された、燃料電池セパレータ。
- 電解質膜と、前記電解質膜の両面に配設された一対のガス拡散電極と、前記一対のガス拡散電極を外側から挟み込むように配設された一対のセパレータとを有する、積層された複数の単電池を備え、
前記セパレータは、請求項7記載の燃料電池セパレータである、燃料電池。 - 電解質膜と、前記電解質膜の両面に配設された一対のガス拡散電極と、前記一対のガス拡散電極を外側から挟み込むように配設された一対のセパレータとを有する、積層された複数の単電池を備え、
前記セパレータは、請求項8記載の燃料電池セパレータである、燃料電池。 - 電解質膜と、前記電解質膜の両面に配設された一対のガス拡散電極と、前記一対のガス拡散電極を外側から挟み込むように配設された一対のセパレータとを有する、積層された複数の単電池を備え、
前記セパレータは、請求項9記載の燃料電池セパレータである、燃料電池。 - 請求項1記載の燃料電池セパレータ用金型と、
前記燃料電池セパレータ用金型の前記射出成形材注入ゲートに射出成形材を注入するためのノズルと、
前記射出成形材注入ゲートに注入される前記射出成形材を加熱する加熱部とを備えた、燃料電子セパレータの製造装置。
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