JP5286828B2 - Fuel cell manufacturing apparatus, fuel cell manufacturing method, and metal separator - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池の製造装置、燃料電池の製造方法、および金属セパレータに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell manufacturing apparatus, a fuel cell manufacturing method, and a metal separator.
膜電極接合体(MEA:membrane electrode assembly)の両面に水素と酸素を供給して起電力を発生させる燃料電池では、膜電極接合体と金属セパレータとを積層して燃料電池スタックを構成している。金属セパレータには、予めプレス成形によって燃料ガスおよび冷却水を流通させるための流路溝が形成されている。 In a fuel cell in which hydrogen and oxygen are supplied to both surfaces of a membrane electrode assembly (MEA) to generate an electromotive force, the membrane electrode assembly and a metal separator are laminated to form a fuel cell stack. . The metal separator is previously formed with a channel groove for circulating fuel gas and cooling water by press molding.
膜電極接合体および金属セパレータが積層される積層治具に設けられた位置決め用の部材によって積層位置の位置決めを行う方法が知られている。 There is known a method of positioning a stacking position by a positioning member provided on a stacking jig on which a membrane electrode assembly and a metal separator are stacked.
位置決め用の部材には、積層治具から積層方向に伸びて設けられた端板が用いられている。端板をガイド部材として、金属セパレータの端面を揃えて積層を行っている(特許文献1参照)。
しかしながら、プレス成形によって生じた反りを有する金属セパレータを積層する場合にあっては、各金属セパレータが有する反りによって金属セパレータの端面を基準に位置決めを精度良く行うことが困難である。 However, in the case of laminating metal separators having warpage caused by press molding, it is difficult to accurately perform positioning with reference to the end face of the metal separator due to warpage of each metal separator.
さらに、燃料電池スタックを形成するための加圧工程時には、各金属セパレータが有する反りが矯正されるが、この矯正動作によって位置がずれる虞もある。 Further, during the pressurizing step for forming the fuel cell stack, the warpage of each metal separator is corrected, but there is a possibility that the position may be shifted by this correcting operation.
膜電極接合体および金属セパレータの積層位置がずれることにより、シールの加圧力がばらついたり、或いは金属セパレータの接触抵抗にばらつきが生じる虞があるので、燃料電池の性能を安定化する上で、高精度に位置決めして積層する必要がある。 When the stacking position of the membrane electrode assembly and the metal separator is shifted, the pressure applied to the seal may vary, or the contact resistance of the metal separator may vary. It is necessary to position and stack with accuracy.
そこで、本発明の目的は、反りを有する金属セパレータの積層位置の位置決め精度を向上させ、また加圧工程によって金属セパレータがずれることを防止し、燃料電池の性能を安定化させるようにした燃料電池の製造装置、燃料電池の製造方法、および金属セパレータを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to improve the positioning accuracy of the stacking position of the warped metal separator, prevent the metal separator from being displaced by the pressurizing step, and stabilize the performance of the fuel cell. It is providing the manufacturing apparatus of this, a manufacturing method of a fuel cell, and a metal separator.
本発明は、膜電極接合体およびプレス成形により生じた反りを有する金属セパレータを積層する載置面と、前記膜電極接合体および前記金属セパレータを積層する積層方向に沿って前記載置面から伸びるとともに少なくとも前記金属セパレータの少なくとも一の端辺に設けた係合部が係合自在な規制部材と、を備え、少なくとも前記金属セパレータの前記係合部が前記規制部材に係合した状態で積層する積層治具、および、
積層した前記膜電極接合体および前記金属セパレータを、前記係合部を前記規制部材に沿ってガイドしながら、前記積層方向に加圧するプレス型を有する燃料電池の製造装置である。そして、前記プレス型は、前記載置面に対して直交する方向に移動自在に設けられた第1の可動型と、積層した前記膜電極接合体および前記金属セパレータを押圧する押圧面が前記載置面に対して傾斜自在な第2の可動型と、前記第1の可動型と前記第2の可動型との間に設けられ、前記金属セパレータの前記反りによって前記押圧面が前記載置面に対して傾いた状態にある前記第2の可動型を、前記第1の可動型の前記載置面に向かう移動によって前記押圧面が前記載置面と平行をなす方向に調整移動する調節手段と、を有する。
The present invention extends from the mounting surface along the stacking direction in which the membrane electrode assembly and the metal separator having warpage caused by press molding are stacked, and the stacking direction in which the membrane electrode assembly and the metal separator are stacked. And at least one end side of the metal separator, and a restricting member with which the engaging part is engageable. At least the engaging part of the metal separator is stacked in a state of being engaged with the restricting member. Laminating jig, and
It is an apparatus for manufacturing a fuel cell having a press die that pressurizes the stacked membrane electrode assembly and the metal separator in the stacking direction while guiding the engaging portion along the regulating member. And as for the said press type | mold, the 1st movable type | mold provided movably in the direction orthogonal to the said mounting surface, and the pressing surface which presses the laminated | stacked said membrane electrode assembly and the said metal separator are mentioned above. A second movable mold that is tiltable with respect to the mounting surface; and the first movable mold and the second movable mold are provided between the first movable mold and the second movable mold. An adjusting means for adjusting and moving the second movable mold in a state inclined with respect to the first movable mold in a direction parallel to the placement surface by moving toward the placement surface of the first movable mold. And having.
また、本発明は、膜電極接合体およびプレス成形により生じた反りを有する金属セパレータを、少なくとも前記金属セパレータの少なくとも一の端辺に設けた係合部が積層治具に設けた規制部材に係合した状態で積層する工程と、
積層した前記膜電極接合体および前記金属セパレータを、前記係合部を前記規制部材に沿ってガイドしながら、プレス型によって前記積層方向に加圧する工程と、を有する燃料電池の製造方法である。そして、前記プレス型によって前記膜電極接合体および前記金属セパレータを加圧する工程は、前記プレス型の第1の可動型を前記載置面に向かう方向へ移動させることにより、積層した前記膜電極接合体および前記金属セパレータに対して押圧面が傾斜した状態にある前記プレス型の第2の可動型を、前記第1の可動型と前記第2の可動型との間に設けられた調整手段によって前記押圧面が前記載置面と平行をなす方向に調整移動させる工程を有する。
The present invention also relates to a membrane electrode assembly and a regulating member in which a metal separator having warpage caused by press molding is provided at least on an engagement portion provided on at least one end of the metal separator. Laminating in a combined state;
Pressurizing the stacked membrane electrode assembly and the metal separator in the stacking direction with a press die while guiding the engaging portion along the regulating member. The step of pressurizing the membrane electrode assembly and the metal separator with the press die is performed by moving the first movable die of the press die in a direction toward the placement surface, thereby stacking the membrane electrode junctions stacked. A second movable mold of the press mold in which the pressing surface is inclined with respect to the body and the metal separator by an adjusting means provided between the first movable mold and the second movable mold A step of adjusting and moving the pressing surface in a direction parallel to the placement surface.
また、本発明は、上記の燃料電池の製造方法に用いられる、プレス成形により生じた反りを有する金属セパレータであって、少なくとも一の端辺に設けられ、積層するときの位置決めおよび積層方向に加圧するときのガイドとして用いる係合部を有してなる金属セパレータである。 Further, the present invention is Ru is used in the production method of the fuel cell described above, a metal separator having a warp caused by press molding, provided on at least one end side, the positioning and laminating direction at the time of laminating It is a metal separator having an engaging portion used as a guide when pressurizing.
本発明によれば、プレス成形により生じた反りを有する金属セパレータの少なくとも一の端辺に設けた係合部を、積層治具に設けられた規制部材に係合した状態で金属セパレータを積層し、その規制部材に沿って金属セパレータをガイドしながら加圧工程を行うため、反りを有する金属セパレータの積層位置の位置決め精度を向上させることができる。 According to the present invention, the metal separator is laminated in a state where the engaging portion provided on at least one end of the metal separator having warpage caused by press molding is engaged with the regulating member provided on the lamination jig. Since the pressurizing step is performed while guiding the metal separator along the regulating member, the positioning accuracy of the stacking position of the metal separator having warpage can be improved.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、燃料電池700の全体構成を示す概略斜視図であり、図2は、単セル710を示す概略図である。図3は、本実施形態に係る燃料電池の製造装置500の概略図、図4(A)および(B)は、積層治具550(下型)の概略斜視図および平面図、図5(A)および(B)は、本実施形態に係るプレス成形により生じた反りを有する金属パレータ200の概略斜視図および平面図、図6は、係合部231を設ける位置を説明するための金属セパレータ200の側面図、図7(A)および(B)は、積層治具550(下型)に金属セパレータ200(電池要素)を積層する工程を説明するための概略斜視図および平面図、図8は、積層治具550(下型)に金属セパレータ200(電池要素)が積層された状態を示す平面図、図9〜図11は、燃料電池の製造装置500による加圧工程を模式的に説明するための図、図12は、金属セパレータ200(電池要素)に生じる位置ずれの範囲を説明するための図である。図13(A)および(B)は、本発明の対比例を示しており、対比例の燃料電池の製造装置900による加圧工程を模式的に説明するための図、図14は、対比例の製造装置900の加圧工程によって生じる金属セパレータ200(電池要素)の位置ずれを説明するための図である。なお、理解の容易のため、金属セパレータ200の反りは誇張して図示してある。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing the overall configuration of the
本実施形態にあっては、本発明の燃料電池の製造装置500を、燃料電池700を構成する燃料電池スタック750の製造に適用している(図1を参照)。
In the present embodiment, the fuel
図3〜図5を参照して、燃料電池の製造装置500を概説すれば、膜電極接合体30およびプレス成形により生じた反りを有する金属セパレータ200(以下、単に「金属セパレータ200」とも記す。)を積層する載置面554と、膜電極接合体30および金属セパレータ200を積層する積層方向(以下、単に「積層方向」と記す。)に沿って載置面554から伸びるとともに少なくとも金属セパレータ200の少なくとも一の端辺に設けた切り欠き形状を有する係合部231が係合自在な柱形状の規制部材551と、を備え、少なくとも金属セパレータの係合部231が規制部材551に係合した状態で積層する下型550(積層治具に相当)、および、積層した膜電極接合体30および金属セパレータ200を、係合部231を規制部材551に沿ってガイドしながら、積層方向に加圧する上型530(プレス型に相当)を有する。
Referring to FIGS. 3 to 5, the fuel
金属セパレータ200は、長方形の形状を有しており、長辺側の端辺の中心位置235に係合部231を設けている。さらに、短辺側の端辺の中心位置236にも他の係合部232を設けている。係合部231を規制部材551に係合させて、他の係合部232を他の規制部材552と係合させている。
The
金属セパレータ200は、流路溝を形成するためのプレス成形によって生じた反りを有している(図5を参照)。係合部231、232は、少なくとも金属セパレータ200に設けられていればよいが、膜電極接合体30に設けることもできる。以下、金属セパレータ200および膜電極接合体30の両方に係合部231、232が設けられているものとして説明する。
The
明細書中において、金属セパレータ200および膜電極接合体30の両方を総称して「電池要素270」とする。また、電池要素270を積層した状態を「積層体100」とし、積層体100を加圧した後の状態を「燃料電池スタック750(以下、単に「スタック750」と記す。)」として説明を行う。電池要素270を積層する積層工程では、金属セパレータ200に設けられた各係合部231、232をそれぞれ、規制部材551、552に係合させた状態で、金属セパレータ200を載置面554上に積層する。金属セパレータ200と膜電極接合体30を積層し、単位電池となる単セル710、およびスタック750を形成する。積層体100を加圧する加圧工程では、各係合部231、232を規制部材551、552に係合させた状態で上型530により加圧してスタック750を形成する。
In the specification, both the
図示されるX、Y、およびZ軸はそれぞれ、電池要素270の短辺方向、長辺方向、および積層方向を示す。以下、詳述する。
The X, Y, and Z axes shown in the figure indicate the short side direction, the long side direction, and the stacking direction of the
図1および図2を参照して、燃料電池700、スタック750、および単セル710について説明する。
The
図1を参照して、燃料電池700は、複数の単セル710(図2を参照)から構成されるスタック750を有している。スタック750の積層方向の両端には一対のエンドプレート720が備えられている。スタック750で発電された電力を取り出す端子部材である集電板740は、スタック750とエンドプレート720の間に配置される。エンドプレート720は、スタック750、集電板740およびエンドプレート720を貫通するタイロッド730などの締結部材により締結されている。スタック750は、締結による負荷荷重によって均一に面圧が加えられている。
Referring to FIG. 1, a
図2を参照して、単セル710は、膜電極接合体30を金属セパレータ200によって挟持して構成される。膜電極接合体30は、電解質膜40、燃料極50および空気極60を有する。電解質膜40は、燃料極50および空気極60によって挟持される。燃料極50および空気極60は、触媒層51、61とガス拡散層52、62とをそれぞれ有しており、触媒層51、61の片面を電解質膜40に接して配置される。
Referring to FIG. 2,
金属セパレータ200は、燃料極50に当接する燃料極側金属セパレータ210と、空気極60に当接する空気極側金属セパレータ220とを有している。金属セパレータ210、220は、膜電極接合体30を挟持する。金属セパレータ210、220は、電解質膜40の全面にわたって燃料ガスと空気が一様に接触して流れるようにする機能を有している。金属セパレータ210、220には、燃料ガスや空気を全体に行きわたらせるための流体流路を構成する流路溝(溝部)が予めプレス成形により形成されている。金属セパレータ210、220には、例えば、薄板のアルミニウムやステンレスが用いられる。一般に、流路溝は薄板の数倍程度の深さで設けられる。そのため、プレス成形によって金属セパレータ200には反りが生じることがある(図5を参照)。金属セパレータ210と燃料極50との間には燃料ガスが流れる流路F、金属セパレータ220と空気極60との間には空気が流れる流路O、金属セパレータ210と金属セパレータ220との間には冷却水が流れる流路Wが形成される。
The
図2を参照して、単セル710では、以下のような電気化学的反応が進行する。まず、燃料極50に供給された燃料ガスに含まれる水素は、触媒粒子により酸化され、プロトンおよび電子となる。生成されたプロトンは、燃料極50の触媒層51に含まれる電解質、さらに燃料極50の触媒層51が接触している電解質膜40を通って、空気極60の触媒層61に達する。また、燃料極50の触媒層51で生成した電子は、燃料極50の触媒層51、燃料極50のガス拡散層52、燃料極側金属セパレータ210および外部回路を通って、空気極60の触媒層61に達する。そして、空気極60の触媒層61にともに達したプロトンおよび電子は空気極60に供給されている酸化剤ガスに含まれる酸素と反応して水を生成する。このような電気化学的反応を通して、燃料電池は、電気を外部に取り出すことが可能になっている。
Referring to FIG. 2, the following electrochemical reaction proceeds in
次に、図3および図4を参照して、本実施形態に係る燃料電池の製造装置500は、電池要素270が積層される下型550と、電池要素270を積層方向に加圧する上型530とを有する。
Next, referring to FIGS. 3 and 4, the fuel
下型550は、電池要素270が載置される載置面554と、電池要素270に設けられた各係合部231、232が係合自在な規制部材551、552と、積層方向に沿って載置面554から伸び上型530が有する第2の可動型520を傾斜自在かつ移動自在に支持するガイド部材553とを有する。規制部材551、552は、例えば、係合部231、232にそれぞれ係合可能な位置に設ける(図5をも参照)。規制部材551は、例えば、載置面554に平行な面における断面がX軸方向に2cm、Y軸方向に1cm程度の長方形の形状を有する。
The
上型530は、載置面554に対して直交する方向(図3中矢印p方向)に移動自在に設けられた第1の可動型510と、積層体100を押圧する押圧面523が載置面554に対して傾斜自在に設けられた第2の可動型520と、第1の可動型510と第2の可動型520との間に設けられ、金属セパレータ200の反りによって押圧面523が載置面554に対して傾いた状態にある第2の可動型520を、第1の可動型510の載置面554に向かう移動によって押圧面523が載置面554と平行をなす方向に調整移動する調節手段535とを有する。加圧工程では、第1の可動型510を積層体100へ接近移動することにより、第1の可動型510と第2の可動型520との当接面511、521を介して、第2の可動型520を押圧して積層体100を加圧する。調節手段535は、例えば、第1の可動型510の当接面511に設けられた断面傾斜平面をなすテーパ部512と、第2の可動型520の当接面521に設けられたテーパ部512に合致する形状の面取り部522から構成される。
The
次に、図5を参照して、本実施形態に係る反りを有する金属セパレータ200は、予めプレス成形により形成された流路溝(図中省略)と、規制部材551、552に係合自在な係合部231、232とを有している。金属セパレータ200は、長辺および短辺を有する長方形の形状を有している。流路溝を形成するために金属セパレータ200をプレス成形すると、金属セパレータ200の弾性により全体に反りが生じることがある。この反りは、金属セパレータ200の各端辺の中央部から長さ方向に沿って生じ易くなっている。金属セパレータ200に反りが生じることにより、下型550に金属セパレータ200を積層した際、隙間が生じて正確に位置決めを行うことが困難になる。また、上型530によって加圧されると、反りによって金属セパレータ200の移動が生じることがある。
Next, referring to FIG. 5, the
各係合部231、232は、切り欠き形状に形成されており、規制部材551、552に突き合わせて係合することができる。切り欠きの大きさは特に限定されないが、規制部材551、552との間にギャップgが形成される程度の大きさで設けるのが望ましい(図8を参照)。適度なギャップgを形成することにより、規制部材551、552に係合させつつ円滑に金属セパレータ200の積層を行うことができる。各係合部231、232は、金属セパレータ200の外周縁辺を形成する端辺のうち、長辺側の端辺の中心位置235および短辺側の端辺の中心位置236に設けている。
Each of the engaging
図6を参照して、係合部231は、例えば、金属セパレータ200の外周縁を形成する端辺のうち、金属セパレータ200を平坦面150(例えば、載置面554)の上に載置したときに反りによって平坦面150から離間する寸法d1が、他の端辺のいずれかと比べて小さい端辺の中心位置(以下、「離間する寸法d1が小さい端辺の中心位置」と記す。)に設ける。上記の位置では、金属セパレータ200の反り量d2(平坦面150から離間する寸法d1によって表される)が他の部位と比較して小さくなっているため、積層位置の位置決めを容易に行うことができ、積層位置にずれが生じることを防止できる。
With reference to FIG. 6, the engaging
また、例えば、係合部231は、金属セパレータ200を平坦面150上に載置したときに金属セパレータ200と平坦面150とが接触する端辺の中心位置(以下、「接触する端辺の中心位置」と記す。)に設ける。各金属セパレータ200の反り量d2には、ばらつきが生じることがある。反り量d2のばらつきによって、各金属セパレータ200の積層位置にずれが生じ得る。金属セパレータ200が平坦面150と接触する端辺の中心位置は、反り量d2のばらつきが他の部位と比較して小さい部位となっている。そのため、図示されるように、反り量d2が異なる金属セパレータ240を積層する場合であっても、積層時における積層位置の位置決め精度を向上し、積層位置にずれが生じることを防止できる。また、後述するように、係合部231を規制部材551に係合させることにより、積層体100を加圧してスタック750を形成する際、少なくとも係合部231を設けた端辺に沿う方向に金属セパレータ200が移動することを防止できる。
Further, for example, the engaging
金属セパレータ200にあっては、上記の説明の離間する寸法d1が小さい端辺の中心位置および接触する端辺の中心位置に該当する長辺側の端辺の中心位置235に係合部231を設け、規制部材551と係合している。さらに、短辺側の端辺の中心位置236にも他の係合部232を設け、他の規制部材552と係合させている。そのため、積層位置の位置決め精度や加圧工程によって生じる金属セパレータ200の移動を防止する機能をより向上することが可能になっている(図5を参照)。同様にして、膜電極接合体30にも係合部231、232を設けることができる。
In the
次に作用について説明する。 Next, the operation will be described.
図7(A)および(B)を参照して、積層工程では、電池要素270(膜電極接合体30、金属セパレータ200)の長辺側の端辺および短辺側の端辺に設けた係合部231、232を、規制部材551、552に突き当てて係合する。各係合部231、232を規制部材551、552に係合させた状態で積層方向(図中矢印a方向)に沿って載置面554上に積層する。電池要素270を規制部材551、552に沿って積層することができるため、積層位置の位置決めを容易に行うことができ、位置決め精度を向上することができる。同様の手順を繰り返して電池要素270を積層して各電池要素270の端辺が揃えられた積層体100を形成する。膜電極接合体30は、柔軟に形成されているため、金属セパレータ200が有する反りに沿った状態で積層される。
Referring to FIGS. 7A and 7B, in the stacking process, the battery element 270 (
図8を参照して、載置面554上に積層された電池要素270は、各係合部231、232と規制部材551、552との間に所定のギャップgを生じて積層される。電池要素270に位置ずれが生じる場合であっても、各係合部231、232と規制部材551、552とが係合されている端辺に沿う方向においては、ギャップgの範囲内において、その位置ずれを制限することができる(図12を参照)。
Referring to FIG. 8,
図9を参照して、加圧工程では、第1の可動型510および第2の可動型520によって、積層体100を加圧して、スタック750を形成する。
Referring to FIG. 9, in the pressurizing step,
第2の可動型520は、ガイド部材553に支持されながら、移動自在かつ傾斜自在に積層体100上に配置される。
図10を参照して、第1の可動型510を積層方向に接近移動させて、積層体100上に配置された第2の可動型520を押圧して積層体100を加圧する。第2の可動型520の押圧面523を介して積層体100に面圧を付与する。第1の可動型510が積層方向に接近移動することにより、面取り部522にテーパ部512が押し付けられる。第2の可動型520は、その押圧面523が載置面554と平行をなす方向に調整移動する。第2の可動型520は調整移動しつつ、積層体100を加圧するため、電池要素270の反りを矯正しながら面圧を付与することができる。各係合部231、232を規制部材551、552に係合してガイドさせた状態で積層体100を加圧するため、係合部231、232を設けた端辺に沿う方向に電池要素270が移動することを防止できる。
The second
Referring to FIG. 10, first
図11を参照して、第1の可動型510および第2の可動型520によって、各電池要素270の反りが矯正されるため、積層体100に均一な面圧を付与してスタック750を形成することができる。スタック750を形成した後、図1に示されるように燃料電池700を構成して電気を外部に取り出すことが可能となる。
図12を参照して、燃料電池の製造装置500にあっては、例えば、積層工程や加圧工程時に、積層体100の移動や積層位置のずれが生じる場合であっても、係合されている各端辺に沿う方向においては、各係合部231、232と規制部材551、552との間に形成されたギャップgの範囲内で位置ずれを制限することができる(図中点線で位置ずれ後の電池要素250の例を示す)。
Referring to FIG. 11, since the warp of each
Referring to FIG. 12, in the fuel
図13(A)を参照して、対比例の燃料電池の製造装置900によって加圧工程を行った場合、上型910に調節手段535が備えられていないため、加圧工程によって電池要素270の反りを矯正することが困難になっている。また、各電池要素270には係合部231、232が設けられておらず、規制部材551、552と係合させる構成となっていなため、加圧工程時には各電池要素270が有する反りによって、移動が生じ易くなっている。
Referring to FIG. 13A, when the pressurization process is performed by the fuel
図13(B)を参照して、上型910によって、電池要素270が移動すると上型910を支持する支持部材921に干渉して電池要素270に変形が生じる虞がある。また、積層位置がずれることによって、積層体100に均一に面圧が付与されず、電池要素270間において接触抵抗が生じる虞がある。
Referring to FIG. 13B, when
図14を参照して、対比例の燃料電池の製造装置900では、前述のように、電池要素270の位置ずれを各係合部231、232および規制部材551、552によって制限することができない。そのため、図中に示されるように、各電池要素270には相互に位置ずれが生じる(図中点線で位置ずれ後の電池要素250の例を示す)。位置ずれが生じた状態で加圧が行われるため、積層した電池要素270間において接触抵抗が生じる虞がある。
Referring to FIG. 14, in the proportional fuel
上述したように、本実施形態にあっては、プレス成形により生じた反りを有する金属セパレータ200(電池要素270)に設けた各係合部231、232を、下型550に設けられた規制部材551、552に係合させた状態で積層する。そのため、金属セパレータ200を規制部材551、552に沿って積層することができ、積層時における金属セパレータ200の位置決め精度を向上するとともに、積層位置の位置ずれを防止することができる。さらに、各係合部231、232を規制部材551、552に係合してガイドさせた状態で積層体100を加圧するため、加圧工程時には、少なくとも係合部231、232を設けた端辺に沿う方向に金属セパレータ200が移動することを防止できる。そのため、積層位置の位置ずれによって生じる燃料電池の性能の劣化を防止することができる。さらに、膜電極接合体30(電池要素270)にも係合部231、232を設け、規制部材231、232に係合させているため、膜電極接合体30の積層位置の位置決め精度を向上することができ、積層位置の位置ずれを防止することもできる。
As described above, in the present embodiment, the engaging
載置面554から積層方向に沿って形成された柱形状の各規制部材551、552に切り欠き形状を有する係合部231、232を突き当てて係合させているため、金属セパレータ200を規制部材551、552に沿わせて積層することができる。そのため、積層時の位置決め精度を向上するとともに、積層位置の位置ずれを防止することができる。
Since the engaging
ガイド部材553によって傾斜自在かつ移動自在に支持された第2の可動型520を、調節手段535によって、その押圧面523が載置面554と平行をなす方向に調整移動することができる。加圧工程時に第1の可動型510の接近移動に伴って、第2の可動型520を調整移動しつつ、積層体100を加圧することができるため、電池要素270が有する反りを矯正して積層体100に均一な面圧を付与してスタック750を形成することができる。
The second
金属セパレータ200を平坦面150(例えば、載置面554)の上に載置したときに反りによって平坦面150から離間する寸法d1が、他の端辺のいずれかと比べて小さい端辺の中心位置に係合部231を設けている。そのため、金属セパレータ200の反り量d2が他の部位と比較して小さい部位で積層位置の位置決めを行うことができるため、位置決めを容易に行うことができ、積層位置にずれが生じることを防止できる。
When the
金属セパレータ200が平坦面150に接触する端辺の中心位置に係合部231を設けているため、各金属セパレータ200が有する反り量d2のばらつきが他の部位と比較して小さい部位で係合部231を規制部材551に係合して積層を行うことができる。そのため、積層時における積層位置の位置決め精度を向上することができ、各金属セパレータ200に生じている反り量d2のばらつきによって積層位置にずれが生じることを防止できる。
Since the
長方形の形状の金属セパレータ200のうち、各金属セパレータ200が有する反り量d2が他の部位と比較して小さくかつ反り量d2のばらつきが他の部位と比較して小さい長辺側の端辺の中心位置235に係合部231を設けている。係合部231を規制部材551に係合して積層を行うため、積層時における積層位置の位置決めを容易に行うことができ、位置決め精度を向上することができるとともに、積層位置にずれが生じることを防止できる。さらに、短辺側の端辺の中心位置236に他の係合部232を設けて、他の規制部材552と係合させているため、積層位置の位置決め精度や加圧工程によって生じる金属セパレータ200の移動を防止する機能をより向上することができる。
Among the
燃料電池に用いられプレス成形により生じた反りを有する金属セパレータ200であって、少なくとも一の端辺に設けられ、積層するときの位置決めおよび積層方向に加圧するときのガイドとして用いる係合部231を有してなる金属セパレータ200を用いてスタック750を形成することができる。
A
係合部231、232は、切り欠き形状に形成されているが、これに限定されるものではなく、規制部材551、552に係合させることが可能な形状であればよい。また、規制部材551、552の形状や材質も特に限定されるものではなく、載置面554から積層方向に伸びて形成され、係合部231、232が係合自在な形状および材質であればよい。但し、積層作業の簡略化のために、係合部231、232を突き当てることによって係合することが可能な形状で係合部231、232および規制部材551、552をそれぞれ設けるのが望ましい。
The engaging
係合部231、232は、長辺側の端辺および短辺側の端辺の2箇所に設けられており、それに対応させて2つの規制部材551、552が設けられているが、少なくとも係合部を1つ設け、その係合部を係合させる少なくとも1つの規制部材が設けられていればよい。さらに1つの端辺に複数の係合部を設けて、規制部材に係合させてもよい。
The engaging
係合部231、232は、金属セパレータ200および膜電極接合体30の両方に設けられているが、少なくとも金属セパレータ200に設けられていればよい。金属セパレータ200に係合部231、232を設け、規制部材551、552と係合させることにより、反りによって生じる金属セパレータ200の移動や積層位置の位置ずれを防止することが可能となる。
The engaging
調節手段535は、テーパ部512および面取り部522から構成されているが、これに限定されるものではなく、第1の可動型510が積層体100へ接近移動することにより、第2の可動型520を調整移動させることが可能な構成であればよい。
The adjusting means 535 includes the tapered
30 膜電極接合体、
40 電解質膜、
50 燃料極、
51、61 触媒層、
52、62 ガス拡散層、
60 空気極、
100 積層体、
150 平坦面、
200 金属セパレータ(反りを有する金属セパレータ)、
210 燃料極側金属セパレータ(反りを有する金属セパレータ)、
220 空気極側金属セパレータ(反りを有する金属セパレータ)、
231、232 係合部、
235 長辺側の端辺の中心位置、
236 短辺側の端辺の中心位置、
240 反り量が異なる金属セパレータ、
250 位置ずれ後の電池要素、
270 電池要素(金属セパレータ、膜電極接合体)、
500 燃料電池の製造装置、
510 第1の可動型、
511、521 当接面、
512 テーパ部(調節手段)、
520 第2の可動型、
522 面取り部(調節手段)、
523 押圧面、
530 上型(プレス型)、
535 調節手段、
550 下型(積層治具)、
551、552 規制部材、
553 ガイド部材、
554 載置面、
700 燃料電池、
710 単セル、
720 エンドプレート、
730 タイロッド、
740 集電板、
750 スタック、
900 対比例の燃料電池の製造装置、
910 上型、
911 押圧面、
920 下型、
921 支持部材、
922 載置面、
a 積層方向、
d1 平坦面から離間する寸法、
d2 反り量、
g ギャップ、
p 載置面に対して直交する方向、
F 燃料ガスが流れる流路、
O 空気が流れる流路、
W 冷却水が流れる流路。
30 Membrane electrode assembly,
40 electrolyte membrane,
50 anode,
51, 61 catalyst layer,
52, 62 Gas diffusion layer,
60 air electrode,
100 laminates,
150 flat surface,
200 metal separator (metal separator with warpage),
210 Fuel electrode side metal separator (metal separator having warpage),
220 air electrode side metal separator (metal separator having warpage),
231 and 232 engaging portions,
235 The center position of the edge on the long side,
236 center position of the edge on the short side,
240 Metal separators with different warping amounts,
250 battery element after misalignment,
270 battery element (metal separator, membrane electrode assembly),
500 Fuel cell manufacturing equipment,
510 the first movable type,
511, 521 contact surface,
512 taper part (adjustment means),
520 second movable type,
522 chamfered portion (adjustment means),
523 pressing surface,
530 Upper mold (press mold),
535 adjustment means,
550 Lower mold (lamination jig),
551, 552 regulating member,
553 guide member,
554 placement surface,
700 fuel cell,
710 single cell,
720 end plate,
730 tie rods,
740 current collector,
750 stacks,
900 Proportional fuel cell manufacturing equipment,
910 Upper mold,
911 pressing surface,
920 Lower mold,
921 support member,
922 mounting surface,
a stacking direction,
d1, the distance from the flat surface,
d2 Warpage amount,
g gap,
p direction perpendicular to the mounting surface,
F the flow path through which the fuel gas flows,
O air flow path,
W Flow path through which cooling water flows.
Claims (9)
積層した前記膜電極接合体および前記金属セパレータを、前記係合部を前記規制部材に沿ってガイドしながら、前記積層方向に加圧するプレス型を有し、
前記プレス型は、
前記載置面に対して直交する方向に移動自在に設けられた第1の可動型と、
積層した前記膜電極接合体および前記金属セパレータを押圧する押圧面が前記載置面に対して傾斜自在な第2の可動型と、
前記第1の可動型と前記第2の可動型との間に設けられ、前記金属セパレータの前記反りによって前記押圧面が前記載置面に対して傾いた状態にある前記第2の可動型を、前記第1の可動型の前記載置面に向かう移動によって前記押圧面が前記載置面と平行をなす方向に調整移動する調節手段と、を有する燃料電池の製造装置。 A mounting surface on which a membrane electrode assembly and a metal separator having a warp caused by press molding are stacked; and at least the metal extending from the mounting surface along a stacking direction in which the membrane electrode assembly and the metal separator are stacked A stacking jig that stacks in a state where at least the engaging portion of the metal separator is engaged with the restricting member, and a restricting member that is engageable with an engaging portion provided on at least one end of the separator. and,
The laminate the membrane electrode assembly and the metal separators, the engaging portion along the restricting member while the guide, have a press die for pressing the stacking direction,
The press die is
A first movable mold provided movably in a direction perpendicular to the mounting surface;
A second movable mold in which a pressing surface for pressing the laminated membrane electrode assembly and the metal separator is tiltable with respect to the mounting surface;
The second movable mold provided between the first movable mold and the second movable mold, wherein the pressing surface is inclined with respect to the placement surface by the warp of the metal separator. A fuel cell manufacturing apparatus comprising: adjusting means for adjusting and moving the pressing surface in a direction parallel to the mounting surface by movement toward the mounting surface of the first movable type .
前記係合部は、前記規制部材に係合する切り欠き形状を有する請求項1に記載の燃料電池の製造装置。 The regulating member has a column shape,
The fuel cell manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the engaging portion has a notch shape that engages with the regulating member.
前記積層治具は、前記他の係合部が係合自在な他の規制部材をさらに有する請求項6に記載の燃料電池の製造装置。 The metal separator further includes another engaging portion provided at the center position of the end on the short side,
The fuel cell manufacturing apparatus according to claim 6 , wherein the stacking jig further includes another restricting member with which the other engaging portion is engageable .
積層した前記膜電極接合体および前記金属セパレータを、前記係合部を前記規制部材に沿ってガイドしながら、プレス型によって前記積層方向に加圧する工程と、を有する燃料電池の製造方法であって、 Pressurizing the laminated membrane electrode assembly and the metal separator in the stacking direction with a press die while guiding the engaging portion along the regulating member. ,
前記プレス型によって前記膜電極接合体および前記金属セパレータを加圧する工程は、前記プレス型の第1の可動型を前記載置面に向かう方向へ移動させることにより、積層した前記膜電極接合体および前記金属セパレータに対して押圧面が傾斜した状態にある前記プレス型の第2の可動型を、前記第1の可動型と前記第2の可動型との間に設けられた調整手段によって前記押圧面が前記載置面と平行をなす方向に調整移動させる工程を有する燃料電池の製造方法。 The step of pressurizing the membrane electrode assembly and the metal separator with the press die is performed by moving the first movable die of the press die in a direction toward the placement surface, and stacking the membrane electrode assembly and The second movable mold of the press mold in which the pressing surface is inclined with respect to the metal separator is pressed by the adjusting means provided between the first movable mold and the second movable mold. A method of manufacturing a fuel cell, comprising a step of adjusting and moving a surface in a direction parallel to the mounting surface.
少なくとも一の端辺に設けられ、積層するときの位置決めおよび積層方向に加圧するときのガイドとして用いる係合部を有してなる金属セパレータ。 A metal separator provided on at least one end side and having an engaging portion used as a guide when positioning in the stacking and pressing in the stacking direction.
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