JP5325110B2 - 燃料電池製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池を製造する方法に関する。さらに、本発明は、上記方法に従って製造される燃料電池に関する。さらに、本発明はまた、例えばスタック構造などの、互いに結合されたかかる燃料電池の構造に関する。さらに、本発明はまた、上記方法を実施するように実施可能な装置に関する。

燃料電池は、酸化可能な燃料反応物質と酸化剤反応物質を受け取り、その燃料反応物質を酸化反応物質で酸化して、使用可能な電力を直に発生させるように動作可能な装置である。この燃料反応物質は例えば、炭化水素や水素である。さらに、燃料電池は、例えば摩耗や騒音を発生させやすい回転部品や往復動部品を備える現況の燃焼機関に比べて、複雑な可動部品がない点で魅力がある。さらに、燃料電池は、搬送システムや非常用電源装置などを稼働させるのに十分な電力を供給するように構成することができる。

一般に、例えば数１０ボルトなどの高い出力電位を実現するよう動作可能な燃料電池パックを形成する各種構成では、複数の燃料電池同士が同時に接続される。燃料電池の概略例の全体が図１に１０で示されている。燃料電池１０は電解質２０を含み、電解質２０は、少なくとも１つのアノード電極３０と少なくとも１つのカソード電極４０を備える。上記少なくとも１つのアノード電極３０は、上記少なくとも１つのカソード電極４０と空間的かつ電気的に切り離されている。電解質２０は任意選択で、第１および第２の主要表面５０、６０を有するほぼ平面のパネルとして実装されるが、電解質２０の代替実装形態も実施可能である。１つまたは複数の冷却セル７０が、電解質２０に比較的近接して、燃料電池１０に任意選択で含まれる。１つまたは複数の冷却セル７０は使用中、燃料電池１０を最適な温度に維持するよう実施可能である。上記１つまたは複数の冷却セル７０の内部には、熱エネルギーを取り除くための流体冷媒を流すと有利である。かかる流体は、液体であっても気体であってもよい。ただし、燃料電池技術の文脈ではしばしば、「流体」という用語を具体的に液体を示すために使用する。

燃料電池１０が動作しているときは、第１の反応物質８０が、上記少なくとも１つのアノード電極３０の活性領域全体にわたって流れるように方向付けられる。さらに、第２の反応物質９０が、上記少なくとも１つのカソード電極４０の活性領域全体にわたって流れるように方向付けられる。電解質２０近傍における第１の反応物質８０と第２の反応物質９０の間で生じる酸化反応（第１の反応物質８０が酸化され、第２の反応物質９０が還元される）は、正と負の電荷を両方とも生成するよう実施可能である。正と負の電荷は、電解質２０を通過する移動速度が互いに異なり、それによって電位差Ｖが、上記少なくとも１つのアノード電極３０と上記少なくとも１つのカソード電極４０の間に発生する。燃料電池１０をＰＥＭ型燃料電池として実装する場合、プロトンだけが電解質２０を通過して移動すると理想的である。「ＰＥＭ」は、Ｐｒｏｔｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ（プロトン交換膜）の略語である。かかるＰＥＭ型燃料電池では、プロトンと相補的である電子が、外部回路の電流に使用される。

上記電位差Ｖにより、上記少なくとも１つのアノード電極３０と上記少なくとも１つのカソード電極４０の間に接続した負荷Ｌから、外部電流Ｉを動作中に引き出すことが可能になる。電解質２０は使用中、例えば電荷抵抗やイオン通過抵抗が大きくなっていくので効果が低下しやすく、電極３０、４０の領域は徐々に活性が低下しやすい。さらに、燃料電池１０は、例えば８０℃〜２００℃の範囲など高い温度での動作になりやすく、それによって構成部品のシールの経年変化と腐食により、燃料電池１０の劣化が促進される。かかる燃料電池性能の動作中の劣化により、所与の使用期間が経過すると燃料電池を交換または修理する必要が生じる。このため、燃料電池の製造コストは、酸化作用によって機械的かつ／または電気的な出力を発生させる代替手段と十分に競合できるものである必要がある。この代替手段には、例えば内燃機関などが含まれる。この内燃機関に任意で発電機を機械的に結合して電気を発生させる。

したがって、燃料電池の動作寿命は、電力を発生させる効果が直接的に低下する前に尽きる。かかる有限の動作寿命を考慮すると、かかる燃料電池は、例えば炭化水素および／または水素の酸化など燃料の酸化から使用可能な出力を生成できる他の装置に対して、商業的に競合できる解決策を実現できるようにできるだけ効率的かつ経済的に製造することが望ましい。

特許文献１から、構成部品同士を積層することによって行う燃料電池の製造が知られている。構成部品同士を組み立てると、それらが協働して流路を形成するように設計されている。動作中にその流路によって反応物質が方向付けられ、電極の活性表面を通過するように流れる。さらに、冷却用流体が任意に、それ以外の流路を流れて、熱エネルギーを燃料電池から取り除くよう実施可能な冷却セルへと方向付けられる。こういった構成部品は、製造中の取り扱いに細心の注意を要する平面状の部品であり、燃料電池を製作する際には互いに位置合わせし、重ね合わせしなければならない部品として実装される。かかる構成部品の処理は、少なくとも部分的に連続した、時間のかかる組み立てプロセスなので、製造にコストがかかる。さらに、積層構造に組み立てた、かかる構成部品の点数が多くなると、この積層構造に投入される有効投資金額が多大になっていく。さらに、この積層構造に含まれる構成部品の点数が多くなるほど、１つまたは複数の構成部品の互いの配置が不適切になるか、少なくとも１つの構成部品に欠陥が生じる確率が大きくなる。積層構造体を分解して欠陥部品を交換すると、しばしば商売上メリットがなくなって、無駄な費用がかかる恐れもある。

燃料電池の連続製造方法と、その方法を実施可能な装置が知られている。例えば、特許文献２に、ロールに適した多層燃料電池組立体および部分組立体を自動的に製作するための方法および装置について記載されている。この米国公開特許の主張では、ウェブまたはロール形にした構成部品から燃料電池を製造する従来の組立法は通常、複数のかかるウェブ構成部品をバッチ操作で切断するステップを含むとなっている。このとき、燃料電池製造中のウェブ構成部品同士の位置合わせには、機械的真空ツールを使用して、ウェブ構成部品を操作する。

例として、この特許文献２に記載されている方法は、流れ場プレート対と共に使用する多層ウェブ、または流れ場プレートの対もしくはガスケット層の間で使用する多層ウェブを連続的に製造するステップに関する。この方法は、第１のウェブに隔置された第１の窓を製造するために、接着材を含んだ第１のウェブを裁断する第１のステップを含み、上記第１の窓は、その周縁部に沿って設けられた接着箇所を備える。同様に、この方法は、第２のウェブに隔置された第２の窓を製造するために、接着材を含んだ第２のウェブを裁断する第２のステップを含み、上記第２の窓は、その周縁部に沿って設けられた接着箇所を備える。上記方法の第３のステップは、膜ウェブの第１および第２の表面上にそれぞれ活性領域が配設された、燃料電池膜を備える膜ウェブを供給するステップに関する。上記方法の第４のステップでは、第１の膜ウェブの活性領域を第１の窓の範囲内に位置決めするように、第１の接着材ウェブの第１の表面を膜ウェブの第１の表面に貼り合わせる。第５のステップで、膜ウェブの第２の表面の活性領域を第２の窓の範囲内に位置決めするように、第２の接着材ウェブの第１の表面を膜ウェブの第２の表面に貼り合わせる。最後に、第６のステップで、流体搬送層の材料を含んだ第４および第５のウェブから裁断した流体搬送層の材料部品を、それぞれの第１および第２の窓の接着位置に接触するように、膜ウェブのそれぞれの第１および第２の表面の活性領域に貼り合わせる。任意選択で、上記方法で実施される少なくともいくつかの貼合せプロセスは、循環可能な貼合せプロセスを含む。さらに、任意選択で、流体搬送層材料からなる第４および第５のウェブのうちの一方はアノード触媒を含み、そのもう一方はカソード触媒を含む。さらに、上記方法では任意選択で、燃料電池ウェブ処理中や、その前、またはその後に流れ場プレートを成形する、インライン式の成形プロセスを使用する。上記接着材は、剥き出しの膜の上に窓パターンとして露出している接合剤または接着剤であるが、それを使用するかどうかは任意である。さらに、上記方法を使用して製作した燃料電池ウェブを、成形ステーションでさらに処理して、燃料電池組立体の対の間に燃料電池ウェブからなる個々の燃料電池組立体を収めることができる。さらに、上記方法は任意選択で、連続ウェブに流れ場プレートを成形するために、成形ステーションを使用するよう実施される。連続ウェブには、隣接するプレートの間に、一体成形蝶番や、キャリア・ストリップ、テーパ穴とプラグ機構などのその他のインターロック機構が形成される。任意選択で、かかる成形で使用される成形材料により、流れ場プレートのマニホルドの周りにガスケットの機能を実装することができる。

上記の特許文献２に記載されている方法は、関連する特定の技術的問題を有する。第１の問題は、膜ウェブに前処理された第１および第２のウェブが接着されると、その膜ウェブが応力を受けやすくなることである。さらに、製造スループットを制限し得る特定の成形操作を必要とするので、この燃料電池製造方法は、完全に連続的なプロセスにはならない。さらに、この方法は基本的に、多層ウェブの製作中に生じ得る欠陥に対処するためのフィードバックを備えていない。

国際公開第２００４／０２７９１０号パンフレット 米国特許出願公開第２００４／２４１５２５号明細書

本発明の目的は、製造コストを低減し、燃料電池の信頼性と性能を高めることができる、燃料電池の改良された製造方法を提供することである。

本発明の第１の態様によると、添付の請求項１に記載の燃料電池を製造する方法が提供される。

１つまたは複数の反応物質の反応から電力を発生させるように実施可能な燃料電池をほぼ連続的に製造する方法において、上記各燃料電池が、スタック構造に組み立てられかつ／または貼り合わされた複数の構成部品を備える方法が提供され、上記方法が、
（ａ）上記燃料電池を製作するための材料および／または予備成形された構成部品からなる複数のロールを提供するステップと、
（ｂ）連続した上記燃料電池またはその部品を製作するために、上記複数のロールから材料の層および／または予備成形された構成部品を、ほぼ連続的な形で、徐々に組み立てかつ／または貼り合わせるステップと、
（ｃ）１つまたは複数の機能する燃料電池またはその部品を特定するために、試験手順を上記連続した燃料電池またはその部品に適用するステップと、
（ｄ）上記１つまたは複数の機能する燃料電池またはその部品を、その後使用するための個々の燃料電池、該燃料電池の部品またはかかる燃料電池の集合体に、互いに分離するステップとを含む。

本発明は、製造コストを低減し、燃料電池の信頼性と性能を高めることができる点で有利である。

上記方法のステップ（ｂ）の組み立てが、各燃料電池に構造的な剛性を与えるほぼ中心の層から開始されると好ましい。

上記方法において、上記中心の層が、各上記燃料電池のほぼ剛性を有する構造的な層であるか、または各上記燃料電池の中心チャンバであると好ましい。上記燃料電池をその中心の層または中心チャンバから組み立てると、使用中に生じる温度差および／または圧力差を受けたときに、より堅牢で、その寸法的な安定性、すなわち空間的かつ機械的安定性をいっそう維持できる燃料電池を得ることができる。したがって、上記方法では、
（１）上記燃料電池内部の上記反応物質の反応に応じて生じる温度勾配と、
（２）上記燃料電池の設計に関連する熱伝導特性と、
（３）上記燃料電池内部で使用される流れ場の構造に依存する、上記燃料電池に生じる圧力勾配と、
（４）上記燃料電池の外側にある燃料供給システムおよび酸化剤供給システムとを考慮する。

上記方法のステップ（ｂ）が、材料の層および／または予備成形された構成部品を、組み立てかつ／または貼り合せて上記連続した燃料電池を形成する前かつ／または間に、１つまたは複数の前処理プロセスに供給するステップを含むことが好ましい。上記１つまたは複数の前処理プロセスは、上記ロールでより多くの標準的な材料を使用できるように上記方法を実施すると、効率的に実施される。例えば、標準シートの金属ストリップまたは金属製のウェブを利用することができる。この金属ストリップまたは金属製のウェブはこの後、上記１つまたは複数の前処理プロセスによって、燃料電池製造に適したものになるよう適合される。

上記方法の上記１つまたは複数の前処理プロセスが、
（ｅ）上記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数に、ガスケットまたはシールを接着または成形するステップと、
（ｆ）上記材料の層および／または構成部品のうちの１つまたは複数を、造形かつ／または平坦化するために機械加工するステップと、
（ｇ）上記材料の層および／または構成部品のうちの１つまたは複数に、１つまたは複数の開口または穴を裁断するステップと、
（ｈ）１つまたは複数の上記反応物質による腐食または化学反応に対して不動態化するために、上記層および／または構成部品のうちの１つまたは複数の裁断縁部を処理するステップと、
（ｉ）活性化かつ／または不動態化するために、上記層および／または構成部品のうちの１つまたは複数にコーティングを追加するステップと、
（ｊ）上記層および／または構成部品のうちの１つまたは複数を、それぞれのロールから分離するために、切断またはその他の方法で分離するステップと、
（ｋ）上記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数の表面を、研削かつ／または研磨するステップと、
（ｌ）上記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数を、その腐食保護を高めるため、かつ／またはより低い電気的接触抵抗を示すように実施可能な滑らかな表面を形成するために、電解研磨するステップと、
（ｍ）上記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数を、そこから汚れを取り除くために、洗浄するステップと、
（ｎ）上記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数に、溶接操作を施すステップとのうち、１つまたは複数のステップを含むとより好ましい。

上記溶接操作は、例えばニトリルやシリコーン製の封止用ガスケットなどの、必要なガスケット数を低減するために、各種金属製プレート同士を溶接するためのレーザ溶接を含むが、それを使用するかどうかは任意である。かかるレーザ溶接を使用すると、上記燃料電池内部に反応物質の流れ場構造を、その電力出力能力を高め、かつ／またはそこを通過する反応物質の流れ抵抗を低減できるように形成することができる。

上記方法のステップ（ｃ）が、
（ｏ）上記燃料電池に過圧下で流体を流して、圧力試験を行い、そこに何らかの漏れの発生を特定することによって、上記燃料電池を試験するステップと、
（ｐ）上記燃料電池の重量が所与の範囲内にあるかどうか、あるいは所与の閾値重量を超過かつ／または未満かどうか判定するために、上記燃料電池を計量することによって試験するステップと、
（ｑ）上記燃料電池同士がそれぞれ適切に組み立てられているかどうか判定するために、その寸法の１つまたは複数を測定することによって上記燃料電池を試験するステップと、
（ｒ）上記燃料電池の層および／または構成部品が互いに適切に位置合わせされたか確認するために、上記燃料電池を光学的に検査することによって試験するステップと、
（ｓ）断線、短絡および／またはセル抵抗異常を判定するために、上記燃料電池に１つまたは複数の電気的測定を行うことによって試験するステップと、
（ｔ）燃料電池の製造プロセスの後に残留した望ましくない微量の物質を検出するために、上記燃料電池に「スニファー」または化学検出試験を適用することによって試験するステップと、
（ｕ）上記燃料電池内部に含まれる電極区画の間の漏れの有無を試験するために上記燃料電池を試験するステップであって、上記電極区画の電極の出口を塞ぎ、上記電極区画に反応物質を供給し、上記燃料電池によって生成される出力電位を監視するステップをさらに含むステップと、
（ｖ）例えば窒素中５％の水素などが好ましいスニファー・ガスおよび／またはトレーサ・ガスを過圧下で流し、前記スニファー・ガスおよび／またはトレーサ・ガスの燃料電池から周囲への漏れをガス感知装置を使用して検出することによって、上記燃料電池に漏れ試験を行うステップと、
（ｗ）燃料電池の構成部品、半完成燃料電池または完成した燃料電池において、そこを通過する液体および／または気体の流れに応答して生じる圧力降下を試験するステップと、
（ｘ）燃料電池の構成部品、半完成燃料電池または完成した燃料電池の、そこ通過する液体および／または気体の流れに応答する流れ特性を試験するステップとのうち、１つまたは複数のステップを含んだ少なくとも１つの試験操作を含むことが好ましい。

ステップ（ｖ）のかかる漏れ試験は、乾燥、湿潤、飽和および過飽和のスニファー・ガスおよび／またはトレーサ・ガスに対して行うことができる。さらに、漏れ試験は任意で、加熱した気体（１００℃未満の温度が有利）を用いても行われる。さらに、投入から排出まで上記燃料電池の中を流れるスニファー・ガスおよび／またはトレーサ・ガスの温度および湿度測定も、試験に使用することができる。かかる漏れ試験を行うことによって、燃料電池の構成部品が互いに適切に配置されているかどうか、構成部品が全て存在するかどうか、上記構成部品の寸法が適切かどうか、燃料電池の構成部品および燃料電池の熱損失率が適切か、上記構成部品が適した材料から製作されているかどうかなどを確認することが実施可能である。それによって、構成部品の障害の指標が与えられる。

ステップ（ｘ）では、不活性ガスまたは空気を含むことが好ましい試験用のガスを、燃料電池の構成部品、半完成燃料電池または完成した燃料電池の入口に与えることによって、その出口流は、その流れ場パターンの特性に対して様々な特性を示す。この特性は、各燃料電池の構成部品、半完成燃料電池または完成した燃料電池ごとに分かっていてよい。この特性は、流量の関数として試験する、かつ／または様々な繰り返し周波数で流れパルスを与えて試験すると有利である。さらに、かかる試験は、乾燥、湿潤、飽和および過飽和の気体を使用して行うこともでき、例えばかかる試験は任意で、上記燃料電池の温度が変動する間、上記入口流および出口流の部分と上記バイポーラ・プレートの流れ場における水の凝結度を判定するために行われる。上記入口流および出口流での気体の温度および湿度を測定し、構成部品障害の指標として使用することができる。かかる測定値は、上記構成部品、半完成燃料電池または完成した燃料電池に関して重要な情報を提供することができる。こういった試験を実施することによって、構成部品が互いに適切に配置されているかどうか、構成部品が全て含まれているかどうか、構成部品または燃料電池の寸法が適切かどうか、燃料電池の活性領域一面にわたる流れの分布が適切かどうかなどを確認することが実施可能である。やはり、かかる特性試験も、構成部品障害の指標として使用することができる。

ステップ（ｏ）においては、例えば上記燃料電池内に製作された膜および／または上記燃料電池内に製作された反応物質流の分配装置などにおいて、アノード電極とカソード電極の間の漏れを特定するために各燃料電池ごとに試験が行われると有利である。かかる試験は任意選択で、各燃料電池ごとの第１の電極反応物質チャンバ内に、第１のガスによる比較的小さく可変の第１の過圧を加え、各燃料電池ごとの第２の電極反応物質チャンバ内に、第２のガスによる比較的小さく可変の第２の過圧を加え、次いで、第１のガスと第２のガスの１箇所または複数箇所で、漏れによって混合が生じたことを検出することによって実施される。第１および第２のガスは、それぞれ水素、窒素であると有利である。さらに、第１および第２の過圧は互いに異なった圧力であるが、そうでなくてもよい。

上記のスニファー・ガスは、ヘリウムまたは窒素で希釈した水素の混合物を使用して実施することができる。窒素でほぼ５％に希釈した水素の混合物を使用するとさらに好ましい。

上記個別の燃料電池を、対応する燃料電池スタックに組み立てる前に試験すると、欠陥のあるまたは疑わしい燃料電池を、対応するスタックに組み立てる前に特定し、廃棄することが可能になる。欠陥のある燃料電池が組み込まれたために、燃料電池スタックを分解し、修理すると、費用も時間もかかり、製造上の無駄が生じ得る。本発明は、かかる不必要な無駄と出費を回避することができる。

上記方法のステップ（ｏ）またはステップ（ｖ）が、
（ｙ）各燃料電池に過圧下でトレーサ・ガスを流すステップと、
（ｚ）各燃料電池の外部周縁部の周りに１つまたは複数のトレーサ・ガス・プローブを使用して、そこからの上記トレーサ・ガスの局所的な漏れの有無をチェックするために、空間的サンプリングを行うステップとを含むとさらに好ましい。
かかるトレーサ・ガス試験を行うと、上記方法を実施するときに用いる連続的貼り合わせプロセスと組み立てプロセスの信頼性について、フィードバックが可能になる点で有利である。

上記方法のステップ（ｒ）が、
（ａａ）各上記燃料電池の周縁領域の周り、および／または上記燃料電池に形成された開口および／または穴の周縁領域の周りに１つまたは複数の光学的放射線ビームを使用して、上記燃料電池を光学的に検査するステップと、
（ｂｂ）製作中に生じた障害または欠陥を検出するために、Ｘ線（レントゲン）を使用して、各燃料電池に含まれる層および／または構成部品を撮像するステップとのうち、１つまたは複数のステップを含んでいるとより好ましい。
かかる光学的かつ／またはＸ線の検査は、信頼性に欠け得る、または疑わしい燃料電池を、燃料電池スタックに組み立てる前に特定することができ、それによってかかるスタックの動作信頼性が向上する。

上記方法は、上記燃料電池内の互いに正確な位置合わせを確保するために、上記複数のロールから、材料および／または構成部品を、互いに同期して送り届けるステップを含むと好ましい。材料および／または構成部品を同期して送り届けると、上記燃料電池に形成された様々な穴、流路およびチャンバにおいて上記１つまたは複数の反応物質の流れ抵抗が小さくなり、かつ上記燃料電池の周縁部において上記１つまたは複数の反応物質の漏れの恐れが低減するように、上記燃料電池の層の互いの位置合わせが改善されるという点で有利である。

上記方法は、動作中に上記１つまたは複数の反応物質が流れるように実施可能な１つまたは複数の経路を上記燃料電池に設けるように、上記材料および／または構成部品に穴、流路およびチャンバを形成するステップを含むと好ましい。

上記方法の上記穴、流路およびチャンバを形成するステップが、上記燃料電池を対応する燃料電池スタックに組み立てることが可能になるように、電気接続部および流体連結部が設けられた１つまたは複数のエンド・プレートによって、各スタックを終端できるようなステップであるとより好ましい。

本発明の第２の態様によると、添付の請求項１２に記載の方法が提供される。

内部の１つまたは複数の反応物質の反応から電力を発生させるように実施可能な燃料電池をほぼ連続的に製造する方法において、上記各燃料電池が、スタック構造に組み立てられかつ／または貼り合わせられた複数の構成部品を備える方法が提供され、上記方法が、
（ａ）上記燃料電池を製作するための材料および／または予備成形された構成部品の複数のロールを提供するステップと、
（ｂ）連続した上記燃料電池および／またはその部品を製造するために、上記複数のロールから材料の層および／または予備成形された構成部品を、ほぼ連続的な形で、徐々に組み立てかつ／または貼り合わせるステップと、
（ｃ）上記１つまたは複数の機能する燃料電池を、その後使用するための個々の燃料電池、該燃料電池の部品またはかかる燃料電池の集合体に、互いに分離するステップとを含む。

上記方法のステップ（ｂ）の組み立てが、各燃料電池に構造的な剛性を与えるほぼ中心の層から開始されると好ましく、上記中心の層が、各上記燃料電池のほぼ剛性を有する構造的な層であるか、または各上記燃料電池の中心チャンバであると好ましい。

本発明の第３の態様によると、添付の請求項１４に記載の装置が提供される。

内部の１つまたは複数の反応物質の反応から電力を発生させるように実施可能な燃料電池をほぼ連続的に製造するように実施可能な装置において、上記各燃料電池が、スタック構造に組み立てられかつ／または貼り合わせられた複数の構成部品を備える装置が提供され、上記装置が、
（ａ）上記燃料電池を製作するための材料および／または予備成形された構成部品の複数のロールを受けるための載置装置と、
（ｂ）連続した上記燃料電池および／または燃料電池の部品を製造するために、上記複数のロールから材料の層および／または予備成形された構成部品を、ほぼ連続的な形で、徐々に組み立てかつ／または貼り合わせるように実施可能な１つまたは複数の組み立てデバイスと、
（ｃ）１つまたは複数の機能する燃料電池またはその部品を特定するために、試験手順を上記連続した燃料電池またはその部品に適用するように実施可能な試験設備と、
（ｄ）上記１つまたは複数の機能する燃料電池を、その後使用するための個々の燃料電池、該燃料電池の部品またはかかる燃料電池の集合体に、互いに分離するように実施可能な分離設備とを含む。

上記装置の上記１つまたは複数の組み立てデバイスにおける組み立てが、各燃料電池に構造的な剛性を与えるほぼ中心の層から開始されると好ましい。

上記中心の層が、各上記燃料電池のほぼ剛性を有する構造的な層であるか、または各上記燃料電池の中心チャンバであるように、上記装置が、上記連続した燃料電池を製造するよう実施可能であると好ましい。

材料の層および／または予備成形された構成部品を、組み立てかつ／または貼り合せて上記連続した燃料電池またはその部品を形成する前かつ／または間に、前処理を行うために上記ロールから受けるように実施可能な１つまたは複数の前処理段階を、上記装置が含むことが好ましい。

上記装置の上記１つまたは複数の前処理段階が、
（ｅ）上記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数に、ガスケットまたはシールを接着または成形する前処理段階と、
（ｆ）上記材料の層および／または構成部品のうちの１つまたは複数を、造形かつ／または平坦化するために機械加工する前処理段階と、
（ｇ）上記材料の層および／または構成部品のうちの１つまたは複数に、１つまたは複数の開口または穴を裁断する前処理段階と、
（ｈ）１つまたは複数の上記反応物質による腐食または化学反応に対して不動態化するために、上記層および／または構成部品のうちの１つまたは複数の裁断縁部を処理する前処理段階と、
（ｉ）活性化かつ／または不動態化するために、上記層および／または構成部品のうちの１つまたは複数にコーティングを追加する前処理段階と、
（ｊ）上記層および／または構成部品のうちの１つまたは複数を、それぞれのロールから分離するために、切断またはその他の方法で分離する前処理段階と、
（ｋ）上記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数の表面を、研削かつ／または研磨する前処理段階と、
（ｌ）上記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数を、その腐食保護を高めるため、かつ／またはより低い電気的接触抵抗を示すように実施可能な滑らかな表面を形成するために、電解研磨する前処理段階と、
（ｍ）上記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数を、そこから汚れを取り除くために、洗浄する前処理段階と、
（ｎ）上記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数に、溶接操作を施す前処理段階とのうち、１つまたは複数の前処理段階を含むとより好ましい。

上記溶接操作は、例えばニトリルやシリコーン製の封止用ガスケットなどの、必要なガスケット数を低減するために、各種金属製プレート同士を溶接するためのレーザ溶接を含むが、それを使用するかどうかは任意である。かかるレーザ溶接を使用すると、上記燃料電池内部に反応物質の流れ場構造を、その電力出力能力を高め、かつ／またはそこを通過する反応物質の流れ抵抗を低減できるように形成することができる。

上記装置の上記試験設備が、
（ｏ）上記燃料電池に過圧下で流体を流して、圧力試験を行い、そこに何らかの漏れの発生を特定することによって、上記燃料電池を試験するステップと、
（ｐ）上記燃料電池の重量が所与の範囲内にあるかどうか、あるいは所与の閾値重量を超過かつ／または未満かどうか判定するために、上記燃料電池を計量することによって試験するステップと、
（ｑ）上記燃料電池がそれぞれ適切に組み立てられているかどうか判定するために、その寸法の１つまたは複数を測定することによって上記燃料電池を試験するステップと、
（ｒ）上記燃料電池の層および／または構成部品が互いに適切に位置合わせされたか確認するために、上記燃料電池を光学的に検査することによって試験するステップと、
（ｓ）断線、短絡および／またはセル抵抗異常を判定するために、上記燃料電池に１つまたは複数の電気的測定を実施することによって試験するステップと、
（ｔ）燃料電池の製造プロセスの後に残留した望ましくない微量の物質を検出するために、上記燃料電池に「スニファー法」または化学検出試験を適用することによって試験するステップと、
（ｕ）上記燃料電池内部に含まれる電極区画の間の漏れの有無を試験するために上記燃料電池を試験するステップであって、上記電極区画の電極の出口を塞ぎ、上記電極区画に反応物質を供給し、上記燃料電池によって生成される出力電位を監視するステップをさらに含み、
（ｖ）例えば窒素中５％の水素などが好ましいスニファー・ガスおよび／またはトレーサ・ガスを過圧下で流し、前記スニファー・ガスおよび／またはトレーサ・ガスの燃料電池から周囲への漏れをガス感知装置を使用して検出することによって、上記燃料電池に漏れ試験を行うステップと、
（ｗ）燃料電池の構成部品、半完成燃料電池または完成した燃料電池において、そこを通過する液体および／または気体の流れに応答して生じる圧力降下を試験するステップと、
（ｘ）燃料電池の構成部品、半完成燃料電池または完成した燃料電池の、そこ通過する液体および／または気体の流れに応答する流れ特性を試験するステップとのうち、１つまたは複数のステップによって燃料電池動作を試験するように実施可能であると好ましい。

ステップ（ｔ）および（ｖ）において、ヘリウムや、窒素で希釈した水素の混合物などのスニファー・ガスを使用することができると有利である。窒素でほぼ５％に希釈した水素の混合物を使用すると好ましい。

ステップ（ｏ）においては、例えば上記燃料電池内に製作された膜および／または上記燃料電池内に製作された反応物質流の分配装置などにおいて、アノード電極とカソード電極の間の漏れを特定するために、各燃料電池の試験を行うと有利である。かかる試験は任意で、各燃料電池ごとの第１の電極反応物質チャンバ内に、第１のガスによる比較的小さく可変の第１の過圧を加え、各燃料電池ごとの第２の電極反応物質チャンバ内に、第２のガスによる比較的小さく可変の第２の過圧を加え、次いで、第１のガスと第２のガスの１箇所または複数箇所で、漏れによって混合が生じたことを検出することによって実施される。第１および第２のガスは、それぞれ水素、窒素であると有利である。さらに、第１および第２の過圧は互いに異なった圧力であるが、そうでなくてもよい。

上記装置の上記試験設備が、
（ｙ）各燃料電池に過圧下でトレーサ・ガスを流し、
（ｚ）上記燃料電池からの上記トレーサ・ガスの局所的な漏れの有無をチェックするために、その外部周縁部の周りに１つまたは複数のトレーサ・ガス・プローブを使用して、空間的サンプリングを行うように実施可能であるとより好ましい。

上記装置の上記試験設備が、
（ａａ）各上記燃料電池の周縁領域の周り、および／または上記燃料電池に形成された開口および／または穴の周縁領域の周りに１つまたは複数の光学的放射線ビームを使用して、上記燃料電池を光学的に検査し、かつ／または
（ｂｂ）製作中に生じた製作上の欠陥を検出するために、Ｘ線（レントゲン）を使用して、各燃料電池に含まれる層および／または構成部品を撮像するように実施可能であるとより好ましい。

上記装置が、上記燃料電池内の互いに正確な位置合わせを確保するために、上記複数のロールから、材料および／または構成部品を、動作中に互いに同期して送り届ける同期装置を含むと好ましい。

上記装置が、上記燃料電池の動作中に上記１つまたは複数の反応物質が流れるように実施可能な１つまたは複数の経路を上記燃料電池に設けるために、上記材料および／または構成部品に穴、流路およびチャンバを形成するよう実施可能なツールを含むと好ましい。

上記装置の上記穴、流路およびチャンバを形成するためのツールが、上記燃料電池を対応する燃料電池スタックに組み立てることが可能になるように、電気接続部および流体連結部が設けられた１つまたは複数のエンド・プレートによって、各スタックを終端できるように配設されるとより好ましい。

本発明の第４の態様によると、添付の請求項２２に記載の装置が提供される。

１つまたは複数の反応物質の反応から電力を発生させるように実施可能な燃料電池をほぼ連続的に製造するように実施可能な装置において、上記各燃料電池が、スタック構造に組み立てられかつ／または貼り合わされた複数の構成部品を備える装置が提供され、上記装置が、
（ａ）上記燃料電池を製作するための材料および／または予備成形された構成部品の複数のロールを受けるための載置装置と、連続した上記燃料電池または燃料電池の部品を製造するために、上記複数のロールから材料の層および／または予備成形された構成部品を、ほぼ連続的な形で、徐々に組み立てかつ／または貼り合わせるように実施可能な１つまたは複数の組み立てデバイスとを含む組立ゾーンと、
（ｂ）１つまたは複数の機能する燃料電池またはその部品を特定するために、試験手順を上記連続した燃料電池またはその部品に適用するための試験ゾーンと、
（ｃ）上記１つまたは複数の機能する燃料電池またはその部品を、個々の燃料電池、該燃料電池の部品またはかかる燃料電池の集合体に、互いに分離するように実施可能な分離ゾーンと、
（ｄ）かかる燃料電池のパックを製造するために、上記機能する燃料電池、該燃料電池の部品またはかかる機能する燃料電池の集合体同士を、かかる燃料電池スタックに組み立てるための積層ゾーンとを含む。

上記装置の組み立てが、各燃料電池に構造的な剛性を与えるほぼ中心の層から開始されると好ましい。

上記中心の層が、各上記燃料電池のほぼ剛性を有する構造的な層であるか、または各上記燃料電池の中心チャンバであるように、上記装置が、上記連続した燃料電池を製造するよう実施可能であると好ましい。

本発明の第５の態様によると、添付の請求項２８に記載の装置が提供される。

１つまたは複数の反応物質の反応から電力を発生させるように実施可能な燃料電池をほぼ連続的に製造するように実施可能な装置において、上記各燃料電池が、スタック構造に組み立てられかつ／または貼り合わされた複数の構成部品を備える装置が提供され、上記装置が、
（ａ）上記燃料電池またはその部品を製作するための材料および／または予備成形された構成部品の複数のロール（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７）を受けるための載置装置と、
（ｂ）連続した上記燃料電池および／または燃料電池の部品を製造するために、上記複数のロールから材料の層および／または予備成形された構成部品を、ほぼ連続的な形で、徐々に組み立てかつ／または貼り合わせるように実施可能な１つまたは複数の組み立てデバイスと、
（ｃ）上記１つまたは複数の機能する燃料電池を、その後使用するための個々の燃料電池、該燃料電池の部品またはかかる燃料電池の集合体に、互いに分離するように実施可能な分離設備とを含む。

上記装置の上記１つまたは複数の組み立てデバイスが、各燃料電池に構造的な剛性を与えるほぼ中心の層から開始するように実施可能であると好ましい。

上記中心の層が、各上記燃料電池のほぼ剛性を有する構造的な層であるか、または各上記燃料電池の中心チャンバであるとより好ましい。

本発明の第６の態様によると、燃料電池を製造する方法において、上記各燃料電池が、少なくとも１つの冷却チャンバおよび少なくとも１つの発電用基本燃料電池を形成する、スタック構造に組み立てられかつ／または貼り合わせられた複数の構成部品を備える方法が提供され、上記方法が、
（ａ）連続した上記燃料電池またはその部品を製造するために、材料の層および／または予備成形された構成部品を、徐々に組み立てかつ／または貼り合わせるステップと、
（ｂ）前記組み立ておよび／または貼り合せプロセスを、該プロセスで上記冷却チャンバの一部分を形成するよう処理される層から開始するステップとを含む。

上記方法において、上記基本燃料電池の製造ステップを開始する前に、上記冷却チャンバの製造ステップが完了、または少なくともほぼ完了していることが好ましい。

上記方法において、上記燃料電池の上記種々の層が、上記冷却チャンバの層が上記基本燃料電池の層の間に配置されるサンドウィッチ構造を形成するように、上記組み立ておよび／または貼り合わせプロセス中に順次提供されることが好ましい。

上記方法において、上記燃料電池の上記種々の層が、上記冷却チャンバの層の集合体と上記基本燃料電池の層の集合体が互いに隣接して配置されるサンドウィッチ構造を形成するように、上記組み立ておよび／または貼り合わせプロセス中に順次提供されることが好ましい。

上記方法において、膜、カソード電極層、およびアノード電極層を備える基本燃料電池が製造され、上記膜からなる、または上記膜と少なくとも一方の上記電極層からなる、または上記電極層の一方からなる組立体が、上記組み立ておよび／または貼り合わせプロセスでの組み立てに供給される最後の層または最後の層の組合せであることが好ましい。

本発明の第７の態様によると、本発明の第１または第２の態様の方法を使用して製作される燃料電池が提供される。

本発明の第８の態様によると、本発明の第３、第４、または第５の態様の装置によって製作される燃料電池が提供される。

本発明の各特徴は、添付の請求項によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、任意に組み合わせることができることが理解されよう。

次に、上記本発明の実施形態を、添付の図面を参照して、一例として説明する。

周知の燃料電池の概略図である。 本発明の方法に従って製造された燃料電池の断面図である。 図２ａの燃料電池内部で任意に使用される流体シールの機能の仕方の断面図である。 本発明に従って燃料電池を製造するように実施可能な装置の概略図である。 図３ａの装置の代替実施形態の概略図である。 稼働中に図３ａの装置を介して連続的に搬送されるストリップに含まれる材料の層の断面概略図である。 稼働中に図３ｂの装置を介して連続的に搬送されるストリップに含まれる材料の層の断面概略図である。 燃料電池パックを形成する組立済みの燃料電池スタックの断面概略図である。

添付の図では、下線付きの番号は、その番号が配置された部品、またはその番号が隣接する部品を表すために使用されている。下線なしの番号は、その番号と部品を結び付ける線によって特定される部品と関連付けられている。下線がなく、関連矢印が付いている番号は、その矢印が指し示す全体的部品を特定するために使用されている。

一般に、本発明は、
（ａ）燃料電池を製造する方法と、
（ｂ）かかる方法を使用して製造された燃料電池と、
（ｃ）燃料電池を製造するかかる方法を実施する際に使用するための装置とに関する。

後で詳細に説明するように、以下に説明する方法は、前述の現況の少なくとも部分的に連続的な製造プロセスを使用して製造される従来の燃料電池よりも、一般により信頼し得る燃料電池を製作することができる。さらに、この以下に説明する方法を実施する装置は、製造スループットを高めるために、より連続的な形で動作することができ、したがって燃料電池の製造コストを低減することができる。かかる信頼性の向上は、応力が互いに釣り合うように実質的にその中心から外向きに、燃料電池を構築することによって実現される。ただし、本発明によれば、燃料電池をその構造的中心の層以外の層から構築することも実施可能である。さらに、ほぼ完全にロールをベースとした、試験を連続式に含んでいる製造方式を用いることによって、スループットが高まる。上記試験により、欠陥のある燃料電池を、燃料電池スタックに組み立てる前に特定でき、それによって、かなり付加価値の付いた燃料電池スタックの完成体を、分解または廃棄する必要がなくなるという点において有益である。

次に、本発明の実施形態について説明する。まず、図２ａを参照すると、本発明の方法に従って製造された燃料電池スタックの一部分の断面が示されている。この燃料電池スタックは、全体が１００で示され、複数の個々の燃料電池１１０を含み、冷却チャンバを含んだその１つの全体が、隣接する燃料電池の一部分と共に図２ａに示されている。個々の燃料電池１１０は、封止用の関連ガスケット１３０、１３５を備えるパッキン材プレート１３２が貼り付けられて、空隙に金属製の冷却メッシュ１４０を充填しておく、第１の構造プレート１２０を含む。この冷却メッシュ１４０および封止用ガスケット１３０に、第２の構造プレート１５０が当接する。任意選択で、第１の構造プレート１２０と第２の構造プレート１５０は、ほぼ同様の構造を有し、例えば厚さが約５０μｍ〜約２５０μｍの範囲にあるステンレス鋼またはアルミニウム・シートから製作される。冷却メッシュ１４０を充填した上記空隙は、燃料電池１１０の冷却セルを形成するように実施可能である。したがって、冷却メッシュ１４０は、燃料電池１１０の冷却チャンバを埋めるように実施可能である。

構造プレート１５０の、上記空隙と反対側の主要面上に、第１のガス・ネット１７０があり、そのネットの上に第１のメッシュ１８０が置かれ、１９０で示されるプロトン交換膜に当接する。カソード電極層が、第１のメッシュ１８０とプロトン交換膜１９０の間に含まれる。第１のメッシュ１８０は、例えば、グラファイト織布、グラファイト／カーボン紙、気体拡散材料、セラミック材、導電性セラミック材、微孔質材料、互いに接着した繊維集合体のうちの少なくとも１つのから製作される。第１のメッシュ１８０は、動作中に導電性を有するように実施されると有利である。メッシュ１８０は、織布の形でも不織布の形でも実施することができ、例えば、挟み込み式の織布の形態をしたものでも、向きが不揃いな繊維の圧縮物のようなものでもよい。交換膜１９０は、フッ素処理されたプロトン／イオン導電性プラスチック材料から製作されると好ましいが、全体にわたって選択的に電荷を搬送できるその他の材料を代替で用いることもできる。動作中に第１の反応物質の流れを受けるために、ガスケット・シール１６０によって、第１のガス・ネット１７０および第１のメッシュ１８０を備える第１の燃料電池チャンバの流体密閉性が確保される。

膜１９０の、第１の燃料電池チャンバと反対側の主要面上に、第２のメッシュ２００と、その後に第２のガス・ネット２１０が順に含まれ、アノード電極層が、プロトン交換膜１９０と第２のメッシュ２００の間に含まれる。第２のメッシュ２００は、例えばグラファイト織布などを利用する第１のメッシュ１８０とほぼ同様の形で実施されると有利である。第２のガス・ネット２１０は、隣接する燃料電池の構造プレート２３０の隣接面に当接するように配置され、構造プレート２３０は任意で、上記構造プレート１２０の繰り返しとなる。さらに、第２のメッシュ２００と第２のガス・ネット２１０が、第２の燃料電池チャンバを画成し、この第２のチャンバは、動作中に第２の反応物質の流れを受けるために、第２のチャンバの流体密閉性確保するためのガスケット・シール２２０を備える。

燃料電池１１０は、より大きな出力電位および／またはより高い電流供給能力を実現するために、かかる燃料電池の並列および／または直列の結合体に組み立てることができる。任意選択で、ガスケット・シール１６０、２２０は、シリコーン、熱接着剤固化物、または熱硬化接着剤から製作することができるが、シール１６０、２２０のその他の実装形態もまた実施可能である。ガスケット・シール１６０、２２０はそれぞれ、図２ｂに示されている２つの部品構造を備えるとさらに有利である。図２ｂでは、シールが２５０で示され、比較的硬質のスペーサ部分２６０と、弾力性すなわち弾性が比較的大きい流体封止部分２７０ａとを含んでいる。燃料電池１１０を製作するときに、隣接する表面が互いに向かって圧縮されるので、弾性を有する封止部分２７０ａは、２７０ｂ、２７０ｃに示すように、スペーサ部分２６０がより硬質であるために隣接する表面同士の間に画成される離隔距離を設けながら、信頼性のある流体シールを実現するように徐々に変形する。図２ｂに示されているシールは、使用中に圧力が加わると、より硬質のスペーサ部分２６０によって、最終的に達する離隔距離「ｄ」が画成されるまで徐々に変形する。任意選択で、ネット１７０、２１０のうちの１方または両方を、構造プレート１２０、１５０と同様の領域のものにし、その周縁部の周りにガスケット・シール材料を含浸し、それによってネットとしてもシールとしても機能できるように製作してもよい。

次に、本発明の方法を実施する装置について説明する。かかる装置の動作モードについても説明する。

図３ａを参照すると、燃料電池を製造するための装置の全体が３００で示されている。単体の燃料電池またはその集合体同士を組み立てて、個体の燃料電池スタック３５０を形成するための装置３００は、連続的なロールをベースとする燃料電池組立ゾーン３１０と、燃料電池の試験ステーション３２０と、分離ステーション３３０と、積層ステーション３４０とを備える。燃料電池スタック３５０はまた、燃料電池パックと呼んでも差し支えない。任意選択で、燃料電池パックは、より大きい出力電位を動作中に形成するように、電気的に直列に結合された複数の燃料電池を含んでいる。ただし、燃料電池のその他の直列−並列構成も可能である。特定のゾーンおよびステーション有する装置３００が図示されているが、ゾーンおよびステーション３１０、３２０、３３０、３４０のうちの１つまたは複数を、装置３００内部の複数の場所に効果的に分散配置する、すなわち同時に実装してもよいことが理解されよう。例えば、試験ステーション３２０に関連する試験手順を、必要ならば、組立ゾーン３１０、分離ステーション３２０、もしくは積層ステーション３４０のうちの少なくとも１つで、またはステーション３３０と３４０の間で、部分的に実施してもよい。

一般に、燃料電池の組立ゾーン３１０では、燃料電池を製作するための材料の層が、Ｒ１〜Ｒ７で示されるロールに設けられる。任意選択で、層のいくつかは、以下で詳細に説明するように、様々な形で事前にパターンが形成される。組立ゾーン３１０から試験ステーション３２０へ、組立燃料電池が連続的に流れるように、材料がロールＲ１からＲ７に連続的に自動供給され、試験ステーション３２０で、その自動的に組み立てられた燃料電池の動作が完全であることを確認するために様々な試験が行われる。欠陥のあることが判明した、試験ステーション３２０にある燃料電池は、燃料電池スタック３５０へと組み立てられないように、目印が付けられるか、またはその他の方法で記録され、それによって機能しない、または機能に障害のある燃料電池スタック３５０の製作が回避され、したがって製造歩留まりが高まる。任意選択で、欠陥のある燃料電池は集められ、その後、装置３００を補完する補助製造設備で修復される。

上記のロールＲ１〜Ｒ７は、以下のように配設される。
（ａ）ロールＲ１は、任意選択で導電性を有するシート材料を含む。このシート材料は、例えばパッキン材プレート１３２など、燃料電池内でパッキン材として機能するよう実施可能である。このロールＲ１から繰り出される材料に、開口を形成するかどうかは任意である。こういった開口は、組立ゾーン３１０に沿って順次製作されている隣接した燃料電池同士の間を連結するカップリング・ラグをその周囲に形成する。組立済みの燃料電池を互いに分離するときにこのラグを切断することができる。
（ｂ）ロールＲ２は、燃料電池内で例えばガスケット・シール１３０、１３５などの気体および／または流体ガスケットとして機能するように実施可能な封止用ガスケット材料を含む。
（ｃ）ロールＲ３は、燃料電池内で例えば金属製の冷却メッシュ１４０などの冷却ネットとして機能するように実施可能な材料を含む。
（ｄ）ロールＲ４は、燃料電池内で例えば構造プレート１２０、１５０などの構造プレートとして機能するように実施可能な材料を含む。
（ｅ）ロールＲ５は、燃料電池内で例えばガス・ネット１７０、２１０などのガス・ネットとして機能するように実施可能な材料を含む。ただし、この図の上側ロールＲ５から供給されるガス・ネット１７０は第１の燃料電池の一部分を形成し、それと同時に下側ロールＲ５から供給されるガス・ネット２１０は第１の燃料電池に隣接する第２の燃料電池の一部分を形成することに留意されたい。
（ｆ）ロールＲ６は、燃料電池内で例えばガスケット・シール１６０、２２０などのガスケット・シールおよび／またはパッキンとして機能するように実施可能な材料を含む。ただし、この図の上側ロールＲ５から供給されるガスケット・シール１６０は第１の燃料電池の一部分を形成し、それと同時に下側ロールＲ６から供給されるガスケット・シール２２０は第１の燃料電池に隣接する第２の燃料電池の一部分を形成することに留意されたい。
（ｇ）ロールＲ７は、燃料電池内で例えば膜１９０およびそれに関連するメッシュ１８０、２００と電極などの、イオン伝導膜または電解質として機能するように実施可能な材料を含む。

図３ａによる装置は、パッキン材プレート１３２から組み立てを開始し、そこから、層の両方向に１３２、１３５、１２０へと１３２、１３０、１５０へと延び、冷却メッシュ１４０を提供する単独のステップとして１４０へと延びるように配置される。この組立て手順のステップから、芯となる燃料電池１７０、１６０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０が、その剛性を有する層構造１２０、１３５、１３２、１３０、１５０の上面と下面から対称的に組み立てられる。ただし、これは、第１の燃料電池の下側部分１７０、１６０、１８０、１９０が、剛性を有する層構造１２０、１３５、１３２、１３０、１５０の上面に組み立てられ、損傷を受けやすい膜-メッシュ構造１８０、１９０、２００を含まない第２の燃料電池の上側部分２１０、２２０が、剛性を有する層構造１２０、１３５、１３２、１３０、１５０の下側に組み立てられるように分割される。かかる層構造を２つ積層することによって、完成した燃料電池に加えて冷却チャンバおよび第２の半完成燃料電池が形成される。あるいは、図３ｂに示されているように、完成した燃料電池層構造１７０、１６０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０が、冷却チャンバ層構造１２０、１３５、１３２、１３０、１５０、１４０の上面に片側からのみ組み立てられる。

膜１９０が比較的脆弱な構成部品であるため、その膜１９０が組立ゾーン３１０の前の段階で損傷を受ける危険にさらされないように、ロールＲ７は組立ゾーン３１０の出口の方に含まれる。膜１９０は、燃料電池１１０の特定の実装形態では、燃料電池１１０の製作コストに非常に大きく寄与し、したがって組立ゾーン３１０において手動でも自動でもその処理には相当の注意を払うと有利である。膜１９０のロボット操作がほぼ連続的な形であると、装置３００で用いるのに有利である。

ロールＲ１からＲ７までのシート材料同士が漸次接合されて、ロールＲ１から供給される材料から形成された例えばパッキン・プレート１３２などのパッキン・プレートからほぼ対称的に積み重ねられていく。このパッキン・プレートが機械的に剛性を有することにより、機械的に堅牢で寸法的に安定した燃料電池が、組立ゾーン３１０から試験ステーション３２０へ提供される。

装置３００は、燃料電池の構成部品を構成する、プレート、ネットおよびメッシュが、ロールからほぼ連続的にまたは完全に連続的に供給される点で、これまでの周知の燃料電池製造手法と区別される。これと対照的に、現況の燃料電池の製造手法は、例えばプレート、ネットおよびパッキングなどの構成部品を個々にプレス加工するステップと、次いで構成部品同士をほぼ不連続な形で個々に組み立てるステップを使用する。

図３ａに加えて図４ａも参照すると、シート・ストリップ４００を形成済みの金属シート・ストリップ４２０に適切に形成するために、装置３００は、金属ロール・シート・ストリップ４００をローラ４１０の対の間に通して連続的に供給することによって、ロールＲ１からパッキン・プレートの前処理を開始するように実施可能である。かかる形成ステップは、例えば、一連の燃料電池用パッキン・プレートを画成するために、穴を打ち抜くまたは裁断するステップを含むことができる。この中心のパッキン・プレートは、上記で説明したように切断可能なラグによって互いに結合される。こうして、金属シート・ストリップ４２０は、上記で説明した燃料電池１１０の上記構造的パッキン・プレート１３２を備える。

次いで、ロールＲ２から連続的に供給されるガスケット材料４３０が、形成済みの金属シート・ストリップ４２０上にローラ４４０によって接着されて、第１の多層ストリップ４５０を形成する。任意選択で、ガスケット材料４３０は、ロールＲ２から供給するときに、流体の流れを案内するための流路および中心切り抜き領域を含むように事前形成または裁断することができる。任意選択でガスケット材料４３０は、ローラ４４０の操作を施す前に連続的に成形またはその他の方法で形成してもよい。こうして、ガスケット材料４３０は、上記ガスケット・シール１３０、１３５を形成するように処理される。

その後、ステンレス鋼やアルミニウム製などの、適したサイズに形成された冷却ネット材料４６０が、例えば図２ａに示されている上記冷却メッシュ１４０を形成するために、ロールＲ３から第１の多層ストリップ４５０にローラ４７０によって連続的に追加される。それとほぼ同時に、プレート材料４８０が、例えば図２ａに示されている上記構造プレート１２０を形成するために、第１のロールＲ４から第１の多層ストリップ４５０の下向き表面にローラ４９０によって連続的に追加される。冷却ネット４６０および構造材料４８０を連続的に追加するローラ４７０、４９０の動作によって、第１の多層ストリップ４５０は、図３ａに５００で示されている第２の多層ストリップに形成される。次に、金属製のシート材料５１０が、第２のロールＲ４から連続的に供給され、第２の多層ストリップ５００の上向き表面にローラ５２０によって追加されて、第３の多層ストリップ５３０を形成する。こうして、燃料電池１１０の上記冷却セルが作製される。

次いで、ガス・ネット材料５４０が、ロールＲ５から供給され、第３の多層ストリップ５３０の上向き表面および下向き表面にローラ５５０によって連続的に追加されて、第４の多層ストリップ５６０を連続的に形成する。こうして、上記の第１および第２のガス・ネット１７０、２１０がそれぞれ形成される。

その後、ロールＲ６から燃料電池のガスケット材料５７０が、第４の多層ストリップ５６０の上向き表面および下向き表面にローラ５８０によって連続的に形成されて、第５の多層ストリップ５９０を連続的に生成する。こうして、図２ａに示されている上記ガスケット・シール１６０、２２０が含まれる。

さらに、ロールＲ７から上記膜１９０が、それに関連する第１および第２のメッシュ１８０、２００と共に、第５の多層ストリップ５９０にローラ５９３によって追加されて、図４ａに５９８で示されている膜１９０を含んだ第６の多層ストリップ５９５を生成する。かかる膜１９０は、例えば厚さ約１０〜約１００μｍの範囲にあり、比較的薄いために、比較的脆弱である。したがって、製造中、高めた燃料電池の歩留まりを確保するために、必要以上に早い段階で挿入することはない。

第６の多層ストリップ５９５は、連続した自動的かつ連続的に組み立てられた燃料電池を効果的に含み、図に示されているように試験ステーション３２０へと進む。

図３ａに、ロールＲ１からＲ７まで連続的に形成される材料が、ストリップ４００、４２０、４５０、５００、５３０、５６０、５９０、５９５を適宜形成するために直接供給されるものとして示されている。実際には、様々な処理ゾーン（図３ａおよび３ｂには図示せず、前処理段階と呼んでも差し支えない）が、ロールＲ１〜Ｒ７、およびストリップ４００、４２０、４５０、５００、５３０、５６０、５９０、５９５の間に含まれる。こういった処理ゾーンは、接着剤の追加、ガスケット・シールの画定、穴の打ち抜き、機械切断用のナイフ刃を使用した穴の裁断、穴のレーザ・カット、組立済みの燃料電池６００の個々の前処理された部品を解放するための連結ラグの切断などの１つまたは複数の各種機能を実行するように実施可能である。任意選択で、こういった処理ゾーンは、各種機能が適切に実行されたか確認するために試験機能を含んでもよい。それによって、欠陥のある部品が燃料電池に組み立てられないようにする。

任意選択で、処理ゾーンは、
（ｉ）材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数に、ガスケットまたはシールを接着または成形する前処理段階と、
（ｉｉ）上記材料の層および／または構成部品のうちの１つまたは複数を、造形および／または平坦化するために機械加工する前処理段階と、
（ｉｉｉ）上記材料の層および／または構成部品のうちの１つまたは複数に、１つまたは複数の開口または穴を裁断する前処理段階と、
（ｉｖ）１つまたは複数の反応物質との腐食作用または化学反応に対して不動態化するために、上記層および／または構成部品のうちの１つまたは複数の裁断された縁部を処理する前処理段階と、
（ｖ）活性化かつ／または不動態化するために、上記層および／または構成部品のうちの１つまたは複数にコーティングを追加する前処理段階と、
（ｖｉ）上記層および／または構成部品のうちの１つまたは複数を、それぞれのロールから解放するために、切断またはその他の方法で解放する前処理段階と、
（ｖｉｉ）上記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数の表面を、研削かつ／または研磨する前処理段階と、
（ｖｉｉｉ）上記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数を、その腐食保護を高めるため、かつ／またはより低い電気的接触抵抗を示すように実施可能な滑らかな表面を形成するために、電解研磨する前処理段階と、
（ｉｘ）上記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数を、そこから汚れを取り除くために、洗浄する前処理段階と、
（ｘ）上記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数に、溶接操作を施す前処理段階のうちの１つまたは複数を含んだ、１つまたは複数の前処理段階を含む。

上記溶接操作は、例えばニトリルおよび／またはシリコーン製の封止用ガスケットなどの、必要なガスケット数を低減するために、各種金属製プレート同士を溶接するためのレーザ溶接を含むが、それを使用するかどうかは任意である。かかるレーザ溶接を使用すると、上記燃料電池内部に反応物質の流れ場構造を、その電力出力能力を高め、かつ／またはそこを通過する反応物質の流れ抵抗を低減できるように形成することができる。

図４ａでは、燃料電池に含まれる、ストリップ４２０、４５０、５００、５３０、５６０、５９０、５９５の内に含まれた種々の層が、連続的に搬送されて組立ゾーン３１０を通過する。この種々の層同士が、ローラ４１０、４４０、４７０、４９０、５２０、５５０、５８０、５９３の作用によって接着される。後で説明するように、この種々の層の多くは、例えば穴や、成形ガスケットおよびシール、動作中に反応物質が流れる流路を設けるためのプレス加工域などの、空間的特徴を含む。上記ガスケットおよびシールは、例えば車両やポータブル電源装置などで動作中の、スタック３５０からの反応物質の漏れを確実に防止するシールを形成するように実施可能である。

試験ステーション３２０は、第６の多層ストリップ５９５に含まれる燃料電池を、組み立てて燃料電池スタック３５０を形成する前に試験するよう実施可能である。特に重要な点は、例えば高い温度で動作させるとき、かつ／または動作中に圧力差が生じた場合に、冷却ネット１４０、４６０、ガス・ネット材料１７０、２１０、５４０、および燃料電池内部に含まれるその他任意のネット層が、動作中に寸法的に安定するように適切に配置され、応力を受けることである。特定の燃料電池の設計は、約−４０℃〜約２００℃の温度範囲で動作するように構成されているが、スタック３５０の各燃料電池は、公称動作温度約１００℃未満で機能するように実施可能である。ただし、燃料電池スタック３５０は動作中、内部に存在する圧力勾配の影響も受けることが想定される。したがって、試験ステーション３２０は、燃料電池の品質と完全性を確立するために、以下の試験のうちの１つまたは複数を実施する。
（ａ）トレーサ・ガスを使用する、漏れを検出するための圧力試験。加圧デバイスが、試験中燃料電池内部に過圧を加えるために、燃料電池に形成された入口ポートおよび出力ポートと結合され、かかる過圧は、ヘリウムなどのトレーサ・ガスの使用を含み、ガス・プローブが、例えばヘリウムなどの任意のトレーサ・ガスの局所的な漏れの有無をチェックするために、燃料電池の外部周縁部の周りを自動化された形で移動し、それによって、種々の層におけるガスケットおよび成形シールの漏れが特定される。
（ｂ）例えば、成形シールが適切に形成されたか、燃料電池の製作に使用される様々なネットおよびネット材料に、成形ガスケット材料が過剰に含浸しなかったかなど、燃料電池の製作に適正量の材料が使用されたか確認するために、燃料電池が計量される重量試験。
（ｃ）例えば、ローラＲ１からＲ７に供給されたストリップ、ネットおよびネット材料に、燃料電池性能にとって好ましくないものになり得る変形も、ゆがみも生じないようにするためなど、各燃料電池同士が適切に組み立てられるようにするために実施される、１つまたは複数の厚さ測定。
（ｄ）燃料電池を形成する種々の層が互いに適切に位置合わせされたか確認するために実施される、シルエット試験。かかるシルエット試験は、種々の層の平面に対してほぼ垂直な方向に例えば軟Ｘ線などのＸ線（レントゲン）を使用して、かつ／または燃料電池の周縁の周りにレーザ照射を使用して実施されると有利である。かかるシルエット試験はまた、燃料電池の主要平面と平行に実施すると、厚さ測定値を得ることができる。
（ｅ）スタック３５０に組み立てられたときに燃料電池の性能に悪影響を及ぼす可能性のある内部の短絡または断線の有無をチェックするための、燃料電池の電気接続端子間の電気抵抗試験。

試験ステーション３２０は、以下のうちの１つまたは複数のステップによって燃料電池動作を試験するよう実施可能であると好ましい。
（ｆ）燃料電池に過圧下で流体を流して、圧力試験を行い、そこに何らかの漏れの発生を特定することによって、燃料電池を試験するステップ。
（ｇ）燃料電池の重量が所与の範囲内にあるか、または所与の重量閾値を上回るかつ／もしくは下回っているかどうか判定するために、燃料電池を計量することによって試験するステップ。
（ｈ）燃料電池同士がそれぞれ適切に組み立てられたかどうか判定するために、その１つまたは複数の寸法を測定することによって燃料電池を試験するステップ。
（ｉ）燃料電池の層および／または構成部品が互いに適切に位置合わせされたか確認するために、燃料電池を光学的に検査することによって試験するステップ。
（ｊ）断線、短絡および／またはセル抵抗異常を判定するために、燃料電池に１つまたは複数の電気的測定を実施することによって試験するステップ。
（ｋ）燃料電池製造の後に残留した望ましくない微量の物質を検出するために、「スニファー法」または化学的検出試験を適用することによって燃料電池を試験するステップ。
（ｌ）燃料電池内部に含まれる電極区画間の漏れの有無を試験するために燃料電池を試験するステップであって、上記試験が、電極区画の電極の出口を塞ぎ、電極区画に反応物質を供給し、燃料電池によって生成された出力電位を監視するステップをさらに含む。
（ｍ）例えば窒素中５％の水素などのスニファー・ガスおよび／またはトレーサ・ガスを過圧下で流し、上記スニファー・ガスおよび／またはトレーサ・ガスの燃料電池から周囲への漏れをガス感知装置を使用して検出することによって、燃料電池に漏れ試験を行うステップ。
（ｎ）燃料電池の構成部品、半完成燃料電池または完成した燃料電池内において、そこを通過する液体および／または気体の流れに応答して生じる圧力降下を試験するステップ。
（ｏ）燃料電池の構成部品、半完成燃料電池または完成した燃料電池の、そこを通過する液体および／または気体の流れに応答する流れ特性を試験するステップ。

ステップ（ｋ）および（ｍ）では、スニファー・ガス（ヘリウムや、窒素で希釈した水素の混合物など）を用いることができると有利である。窒素でほぼ５％に希釈した水素の混合物を用いることが好ましい。前処理段階で、例えば燃料電池内に製作された膜および／または反応物質流の分配装置などにおいて、アノード電極とカソード電極の間の漏れを特定するために、各燃料電池の試験を行うと有利である。かかる試験は任意選択で、各燃料電池ごとの第１の電極反応物質チャンバ内に、第１のガスによる比較的小さく可変の第１の過圧を加え、各燃料電池ごとの第２の電極反応物質チャンバ内に、第２のガスによる比較的小さく可変の第２の過圧を加え、次いで、第１のガスと第２のガスの１箇所または複数箇所で、漏れによって混合が生じたことを検出することによって実施される。第１および第２のガスは、それぞれ水素、窒素であると有利である。さらに、第１および第２の過圧は互いに異なった圧力であるが、そうでなくてもよい。

試験ステーション３２０で、欠陥のあると判明している燃料電池１１０は、完全で機能すると判明している燃料電池１１０と互いに分離されるのが有利である。

上記で説明したように、例えば部品を事前試験する、あるいは見通しをはっきりさせるため、後で他の層が追加される製造中のより早い段階で燃料電池１１０を試験するなどのために、試験ステーション３２０のいくつかの機能を任意選択で、装置３００内部で事前に実施することもできる。例えば、冷却ネットとガスケット・シールの位置合わせのチェックにカメラおよび光学的撮像法を使用する検査は、図３に示されているように、試験ステーション３２０ではなく上記装置内で事前に実施すると好ましい。さらに、いくつかの試験機能は、分離ステーション３３０の後で実行しても有利である。

分離ステーション３３０では、組立済みの燃料電池が、切断操作または同様のプロセスによって互いに分離される。試験ステーション３２０での事前試験によって欠陥のあるものとされた燃料電池は、例えば磁石式の把持具や代替除去機構を使用することによって、分離ステーション３３０で取り除くと有利である。次いで、分離された欠陥のない燃料電池１１０は、積層ステーション３４０に進む。積層ステーション３４０では、その燃料電池１１０が自動的かつ連続的に組み立てられて、図５に示されているように燃料電池スタック３５０を形成する（個々の燃料電池は６００で示されている）。任意選択で、積層中、ならびに燃料電池間の電気接続部および反応物質流路の連結部を実装する際に、組立済みのスタック３５０は、欠陥が取り込まれることがないようにさらに最終チェックと試験を受ける。例えば、膜１９０が穴がなく欠陥のない状態であるか、封止用ガスケット１３０、１３５、１６０、２２０が流体すなわち液体に対して不透過性を有するかをチェックすることが望ましい。図５に示されているように、燃料電池スタック３５０は、その端領域にエンド・プレート６１０を備え、各スタック３５０同士を結合するために追加される、細長いボルト６２０または同様のタイプの固定具を含む。あるいは、燃料電池６００は、例えば１つまたは複数のエンド・プレートが追加された、プラスチック材製の成形容器などの容器内に積層される。かかる容器は、燃料電池６００のスタック同士の結合にボルトを使用する必要がないように、弾性スナップ・フィット燃料電池保持機能を有するとより好ましい。１つまたは複数のエンド・プレートは任意で、燃料スタックの組み立て中にねじを使用する必要がないように、ばねクリップになっているか、またはそれと同様の形で、かかるプラスチック材製の成形容器に弾力式に係合される。それによって、製造時間が短縮し、組み立てに必要な構成部品数が少なくなる。

かかるエンド・プレート６１０は、動作中にスタック３５０から電力を引き出すための電気接続部６３０と、反応物質と冷媒の流れをスタック３５０に結合し、反応副生成物と冷媒の流れをスタック３５０から取り除くための流体および／または気体継手連結部６４０、６５０、６６０を有利に含む。任意選択で、細長いボルト６２０は、エンド・プレート６１０のコーナに含まれ、それに対応する穴が、ボルト６２０を受けるために燃料電池６００の種々の層に形成される。こうして、スタック３５０を形成する各燃料電池６００の中心領域が、そこに供給される反応物質のための反応領域の形成に使用可能になる。

装置３００が連続的な形で機能することによって、燃料電池６００およびかかる燃料電池６００の関連するスタック３５０を、再現可能で一貫した製造品質のものにすることができ、それによって高い製造品質を確保することができる。さらに、試験ステーション３２０では、高い品質および信頼性を有する性能が燃料電池６００によって実現するかさらにチェックを行う。

分離ステーション３３０は、回転切断ホイールまたは往復切断用のナイフ刃を含むことが好ましい。こういった切断用のホイールおよびナイフ刃は、燃料電池６００に組み込まれたネットおよびメッシュの変形を回避するために、分離時に燃料電池６００に応力を加えないように配置される。装置３００では、ロールＲ１からＲ７に供給される材料は任意選択で、ストリップ４２０、４５０、５００、５３０、５６０、５９０、５９５に適宜追加される前に、例えば打ち抜き操作や切断操作などによって事前にパターンが形成される。さらに、封止用ガスケットおよびスペーサの層が任意選択で、１段階ずつ連続的な形で、ロールＲ１からＲ７に供給される材料上に成形される。例えば、シリコーン封止材料を、ローラ４７０、５５０によってストリップ４５０、５３０上に接着する前に、ロールＲ３、Ｒ５から供給されるネットおよびネット材料に上に成形することができる。燃料電池６００内で用いられるシールは任意選択で、例えば約０．１〜約０．８ｍｍの範囲などの、約１ｍｍ未満の厚さを有する。

組立ゾーン３１０では、ロールＲ１〜Ｒ７とストリップ４２０、４５０、５００、５３０、５６０、５９０、５９５との間の領域に、ロールＲ１からＲ７までのうちの１つまたは複数から取り出される材料に適用される様々な形の表面処理を含む。かかる処理は、表面を化学的に活性化するため、かつ／または動作中の腐食に対する耐性を与えるため、かつ／または表面を不動態化するための表面処理を含むこともできる。材料への穴および穿孔の裁断は任意選択で、腐食が強まる可能性がある箇所が生じ得る金属粒度の変化を回避できる速度で実施される。材料の裁断は、比較的大きな直径の裁断ツールまたは直線往復ツールを使用して、材料の平面に対して浅い角度で行われることが好ましい。可能であれば、例えば上記のネットまたはネット材料に裁断された穴などの、裁断が実施された露出縁部は、腐食の発生を低減するために、局部的に化学的に処理され、保護され、かつ／またはその他の方法で不動態化されると好ましい。

燃料電池６００は任意選択で、例えば図２ａに示されているパッキン材プレート１３２などのパッキン材プレートになるように構成されたストリップ４００に対して、ほぼ対称的に組み立てられる。その後の製作ステップは、上記冷却セルまたはチャンバを構築するように配置される。かかる形の構造は、各燃料電池６００、したがってそれに対応する燃料電池スタック３５０で生じる機械的応力を低減する点で有利なものであり、それによって動作の信頼性が高まる。

図３ａに図示されているストリップ５９５に、燃料電池６００を形成する種々の層が示されているが、燃料電池６００を形成する層は、２つの反応物質チャンバ、１つの電解質領域および１つの冷却チャンバを設けるようにパターン形成されるか、またはその他の方法で形成されることが理解されよう。２つの反応物質チャンバは、電解質領域の両側に含まれる。冷却チャンバは、アノード側か、カソード側か、電解質の両側にある。ただし、機械的観点から、冷却チャンバは、例えば燃料電池６００のほぼ中央にあると有利である。ロールＲ１〜Ｒ７のうちの１つまたは複数は任意選択で、燃料電池６００の前処理済みの構成部品を備える。例えば、ロールＲ１およびＲ７の１つまたは複数が、以下のうちの少なくとも１つを備えることができる。
（ａ）受け台上に保持された前処理済みの構成部品。
（ｂ）残された連結部によって互いに保持され、次いで組立ゾーン３１０でそのそれぞれのストリップに追加されるときに分離される、前処理済みの構成部品。

燃料電池６００を製作するときに使用されるネット構成部品は任意で、例えばメタンやプロパン、水素、空気、酸素といった気体などの反応物質に対して露出されるように実施可能な活性領域を除いて、封止材で事前充填される。かかる製造方法を用いると、流体および／または液体のシールを設けるために、増していく圧縮力によって最初に、弾性のより大きい構成部品（例えば注入シリコンや重ね合わせかつ／もしくは接着シリコーン、または同様のシートなど）が変形し、剛性のより高いネット材料が、その圧縮力の結果生じる変形に最終的に寸法的に耐えるように、シール（図２ｂ）を形成することができる。この封止材料は任意選択で、かかるネットおよびネット材料構成部品内に注入または噴霧される。任意選択で、シールおよびガスケットは、ホットメルト接着剤、成形、噴霧などを使用して実装される。例えば、かかるシールおよびガスケットは、ローラの表面上で前処理し、次いでそこから燃料電池６００を形成する層へと移すことができる。かかるシールは、図２ｂに示されている形で実装すると有利である。

次に燃料電池６００の全体的な構造を参照すると、燃料電池６００が任意選択で、例えば、特許文献１に記載されている燃料電池と全般に同様の形を有するように製作され、種々の層同士が、そこに形成または裁断された穴、流路およびチャンバを有する燃料電池を形成するように積層されて、流体流路、チャンバおよびキャビティからなる複雑な構造を形成する。

任意選択で組立ゾーン３１０では、ネット構成部品などの特定の構成部品のロボット操作が任意で、基本的に連続の製造プロセスと組み合わせて使用される。例えば、膜１９０は、脆弱になり得る構成部品であるが、かかる脆弱さは製造方法によって決まる。例えば正確な位置合わせおよび重ね合わせを確実に行うための光学的フィードバックや、ロボット操作または同様の操作などを任意で使用して、細心の注意を要する形で膜１９０を定位置に組み立てると有利である。かかるロボット操作を、効果的に連続する動作で実施することができるが、そうしなくてもよい。

図３ａには、試験ステーション３２０の前に組立ゾーン３１０を含んでいる装置３００が示されている。かかるゾーンとステーションは、試験ステーション３２０の少なくとも一部分が組立ゾーン３１０内部で実施されるように、少なくとも部分的に結合できることが理解されよう。燃料電池１１０の製作で使用されるその他の構成部品に比してコストがかかることが多い構成部品である膜１９０およびその関連メッシュと電極を追加する前に、燃料電池製造上の欠陥の有無をチェックするため、例えばストリップ５９０で試験が実施されると有利である。装置３００は、ストリップ５９０で欠陥のある燃料電池が特定された場合、そこに膜１９０を貼り付けないようにし、その欠陥のある燃料電池を分離ステーション３３０まで進めさせ、分離ステーション３３０ではねるか、その後組立ゾーン３１０に再投入するために修復するように実施可能であると有利である。

燃料電池１００を製作する方法について、上記の項で図２ａ、３ａ、４ａを参照して説明したが、組立ゾーン３１０は任意選択で、代替構成で実施されることが理解されよう。例えば、組立ゾーン３１０のロールＲ１〜Ｒ７は、図３ｂに概略が示されているように配設することができる。簡単にするため、ロールＲ１〜Ｒ７に関連する様々なローラは図示されていない。図３ｂに示されている組立ゾーン３１０を使用することによって、燃料電池１１０は、図４ｂに示されているように順次組み立てられ、４２０、４３０、４６０、４８０で示されている（図２ａでは１２０、１３５、１３２、１５０、１６０、１４０で示されている）冷却チャンバを備えるストリップ５３０の後に以下が続く。
（ａ）ネット５４０（図２ａでは１７０で示されている）が第１のロールＲ５から追加されるストリップ７１０。
（ｂ）セル・ガスケット材料５７０（図２ａでは１６０で示されている）がロールＲ６から追加されるストリップ７２０。
（ｃ）図２ａの膜１９０およびメッシュ１８０、２００に類似したメッシュ、電極およびイオン移動膜を含んだ組立体５９８がロールＲ７から追加されるストリップ７３０。
（ｄ）ネット５４０（図２ａでは２１０で示されている）が第２のロールＲ５から追加されるストリップ７４０。
（ｅ）セル・ガスケット材料５７０（図２ａでは２２０で示されている）がロールＲ６から追加されるストリップ７５０。

ストリップ７５０に含まれている燃料電池１１０は、図４ａに示されているように冷却セルに対して対称的に組み立てられていない点を特徴とする。図４ｂの応力は、図４ａに示されている形ほど釣り合っていないが、図４ｂでは、燃料電池の動作試験と品質管理を行うために、試験ステーション３２０で燃料電池１１０に一時的なトップ・プレートを簡単に被せられるように燃料電池１１０を製作する例を示している。さらに、図４ａに従って製作する燃料電池１１０は、スタック３５０に組み立てるまで膜組立体５９８が損傷してしまう可能性があるが、図４ｂに従って製作する燃料電池１１０は、その取り扱いを堅牢な構造プレート４８０から行うことができる点で有利である。

上記で説明した本発明の実施形態は、添付の請求項の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなしに変更可能である。

「含む」、「備える」、「組み込まれる」、「からなる」、「有する」、「である」などの、本発明の説明および請求に使用している表現は、非排他的な形で解釈されるためのものである、すなわち、同様の表現で存在すると明示的に記述されていない品目や、構成部品、要素も考慮される。単数に対して言及した場合は、複数についても述べていると解釈すべきである。

添付の請求項の範囲における括弧内に含まれる数字は、請求項の範囲の理解を助けるためのものであり、請求項の範囲によって請求される主題を限定するように解釈すべきではない。

１００，３５０ 燃料電池スタック
１１０ 個別の燃料電池
１２０ 第１の構造プレート
１３０，１３５ ガスケット
１３２ パッキン材プレート
１４０ 冷却メッシュ
１５０ 第２の構造プレート
１６０，２２０ ガスケット・シール
１７０ 第１のガス・ネット
１８０ 第１のメッシュ
１９０ プロトン交換膜
２００ 第２のメッシュ
２１０ 第２のガス・ネット
２３０ 構造プレート
２５０ シール
２６０ スペーサ部分
２７０ 封止部分
３００ 燃料電池を製造するための装置
３１０ 燃料電池組立ゾーン
３２０ 試験ステーション
３３０ 分離ステーション
３４０ 積層ステーション
４００ シート・ストリップ
４１０，４４０，４７０，４９０，５２０，５５０，５８０，５９３ ローラ
４２０ 形成済みの金属シート・ストリップ
４３０，５７０ ガスケット材料
４５０ 第１の多層ストリップ
４６０ 冷却ネット材料
４８０ 構造プレート材料
５００ 第２の多層ストリップ
５１０ シート材料
５３０ 第３の多層ストリップ
５４０ ガス・ネット材料
５６０ 第４の多層ストリップ
５９０ 第５の多層ストリップ
５９５ 第６の多層ストリップ
５９８ 膜
６００ 組立済みの燃料電池
６１０ エンド・プレート
６２０ 細長いボルト
６３０ 電気接続部
６４０，６５０，６６０ 流体／気体連結部
７１０，７４０ ロールＲ５から追加されるストリップ
７２０，７５０ ロールＲ６から追加されるストリップ
７３０ ロールＲ７から追加されるストリップ

Claims (18)

1. １つまたは複数の反応物質の反応から電力を発生させるように実施可能な燃料電池（１１０、６００）をほぼ連続的に製造する方法において、各燃料電池（１１０、６００）が、スタック構造に組み立てられかつ／または貼り合わされた複数の構成部品（４２０、４３０、４６０、４８０、５４０、５７０、５９８）を備える方法であって、
   （ａ）各燃料電池（１１０、６００）を製作するための材料および／または予備成形された構成部品からなる複数のロール（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７）を提供するステップと、
   （ｂ）各燃料電池（１１０、６００）を製作するために、前記複数のロール（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７）から材料の層および／または予備成形された構成部品を、ほぼ連続的な形で、徐々に組み立てかつ／または貼り合わせるステップと、
   （ｃ）各燃料電池（１１０、６００）が機能しているか否か特定するために、試験手順（３２０）を各燃料電池（１１０、６００）に適用するステップと、
   （ｄ）試験され、機能している各燃料電池（１１０、６００）を、その後使用するために互いに分離するステップとを含み、
   前記ステップ（ｃ）が、
   （ｏ）各燃料電池（１１０、６００）に過圧下で流体を流して、圧力試験を行い、そこに何らかの漏れの発生を特定することによって、各燃料電池（１１０、６００）を試験するステップと、
   （ｐ）燃料電池の重量が所与の範囲内にあるかどうか、あるいは所与の閾値重量を超過かつ／または未満かどうか判定するために、各燃料電池（１１０、６００）を計量することによって試験するステップと、
   （ｑ）各燃料電池（１１０、６００）がそれぞれ適切に組み立てられているかどうか判定するために、その寸法の１つまたは複数を測定することによって各燃料電池（１１０、６００）を試験するステップと、
   （ｒ）各燃料電池（１１０、６００）の層および／または構成部品が互いに適切に位置合わせされたか確認するために、各燃料電池（１１０、６００）を光学的に検査することによって試験するステップと、
   （ｓ）断線、短絡および／またはセル抵抗異常を判定するために、各燃料電池（１１０、６００）に１つまたは複数の電気的測定を実施することによって試験するステップと、
   （ｔ）燃料電池の製造プロセスの後に残留した望ましくない微量の物質を検出するために、各燃料電池（１１０、６００）に「スニファー法」または化学検出試験を適用することによって試験するステップと、
   （ｕ）各燃料電池内部（１１０、６００）に含まれる電極区画の間の漏れの有無を試験するために各燃料電池（１１０、６００）を試験するステップであって、前記電極区画の電極の出口を塞ぎ、前記電極区画に反応物質を供給し、各燃料電池によって生成される出力電位を監視するステップをさらに含み、
   （ｖ）例えば窒素中５％の水素などが好ましいスニファー・ガスおよび／またはトレーサ・ガスを過圧下で流し、前記スニファー・ガスおよび／またはトレーサ・ガスの燃料電池から周囲への漏れをガス感知装置を使用して検出することによって、各燃料電池に漏れ試験を行うステップと、
   （ｗ）各燃料電池の構成部品、各半完成燃料電池または完成した各燃料電池において、そこを通過する液体および／または気体の流れに応答して生じる圧力降下を試験するステップと、
   （ｘ）各燃料電池の構成部品、各半完成燃料電池または完成した各燃料電池の、そこを通過する液体および／または気体の流れに応答する流れ特性を試験するステップとのうち、１つまたは複数のステップを含んだ少なくとも１つの試験操作を含む、前記方法。
2. 前記ステップ（ｂ）が、材料の層および／または予備成形された構成部品を、組み立てかつ／または貼り合せて各燃料電池（１１０、６００）を形成する前かつ／または間に、１つまたは複数の前処理プロセスに供給するステップを含み、
   前記１つまたは複数の前処理プロセスが、
   （ｅ）前記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数に、ガスケットまたはシールを接着または成形するステップと、
   （ｆ）前記材料の層および／または構成部品のうちの１つまたは複数を、造形かつ／または平坦化するために機械加工するステップと、
   （ｇ）前記材料の層および／または構成部品のうちの１つまたは複数に、１つまたは複数の開口または穴を裁断するステップと、
   （ｈ）１つまたは複数の前記反応物質による腐食または化学反応に対して不動態化するために、前記層および／または構成部品のうちの１つまたは複数の裁断縁部を処理するステップと、
   （ｉ）活性化かつ／または不動態化するために、前記層および／または構成部品のうちの１つまたは複数にコーティングを追加するステップと、
   （ｊ）前記層および／または構成部品のうちの１つまたは複数を、それぞれのロールから分離するために、切断またはその他の方法で分離するステップと、
   （ｋ）前記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数の表面を、研削かつ／または研磨するステップと、
   （ｌ）前記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数を、その腐食保護を高めるため、かつ／またはより低い電気的な接触抵抗を示すように実施可能な滑らかな表面を形成するために、電解研磨するステップと、
   （ｍ）前記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数を、そこから汚れを取り除くために、洗浄するステップと、
   （ｎ）前記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数に、溶接操作を施すステップとのうち、１つまたは複数のステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ステップ（ｏ）またはステップ（ｖ）が、
   （ｙ）各燃料電池（１１０、６００）に過圧下でトレーサ・ガスを流すステップと、
   （ｚ）各燃料電池（１１０、６００）からの前記トレーサ・ガスの局所的な漏れの有無をチェックするために、その外部周縁部の周りに１つまたは複数のトレーサ・ガス・プローブを使用して、空間的サンプリングを行うステップとを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記ステップ（ｒ）が、
   （ａａ）各燃料電池（１１０、６００）の周縁領域の周り、および／または各燃料電池（１１０、６００）に形成された開口および／または穴の周縁領域の周りに１つまたは複数の光学的放射線ビームを使用して、各燃料電池（１１０、６００）を光学的に検査するステップと、
   （ｂｂ）製作中に生じた障害または欠陥を検出するために、Ｘ線（レントゲン）を使用して、各燃料電池（１１０、６００）に含まれる層および／または構成部品を撮像するステップとのうち、１つまたは複数のステップを含む、請求項１に記載の方法。
5. 各燃料電池（１１０、６００）内の互いに正確な位置合わせを確保するために、前記複数のロール（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７）から、材料および／または構成部品を、互いに同期して送り届けるステップを含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. 各燃料電池（１１０、６００）の動作中に前記１つまたは複数の反応物質が流れるように実施可能な１つまたは複数の経路を各燃料電池（１１０、６００）に設けるように、前記材料および／または構成部品に穴、流路およびチャンバを形成するステップを含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
7. 前記穴、流路およびチャンバを形成するステップが、各燃料電池（１１０、６００）を対応する燃料電池スタック（３５０）に組み立てることが可能になるように、電気接続部（６３０）と流体および／または気体連結部（６４０、６５０、６６０）が設けられた１つまたは複数のエンド・プレート（６１０）によって、各スタック（３５０）を終端できるようなステップである、請求項６に記載の方法。
8. 前記ステップ（ｂ）の組み立てが、各燃料電池（１１０、６００）に構造的な剛性を与えるほぼ中心の層（１３２、４２０）から開始される、請求項１に記載の方法。
9. 前記中心の層（１３２、４２０）が、各燃料電池（１１０、６００）のほぼ剛性を有する構造的な層であるか、または各燃料電池（１１０、６００）の中心チャンバである、請求項８に記載の方法。
10. 内部の１つまたは複数の反応物質の反応から電力を発生させるように実施可能な燃料電池（１１０、６００）をほぼ連続的に製造するように実施可能な装置（３００）において、各燃料電池（１１０、６００）が、スタック構造に組み立てられかつ／または貼り合わせられた複数の構成部品（４２０、４３０、４６０、４８０、５４０、５７０、５９８）を備える装置であって、
    （ａ）各燃料電池（１１０、６００）またはその部品を製作するための材料および／または予備成形された構成部品の複数のロール（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７）を受けるための載置装置と、
    （ｂ）各燃料電池（１１０、６００）を製造するために、前記複数のロール（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７）から材料の層および／または予備成形された構成部品を、ほぼ連続的な形で、徐々に組み立てかつ／または貼り合わせるように実施可能な１つまたは複数の組み立てデバイス（４１０、４４０、４７０、４９０、５２０、５５０、５８０、５９３）と、
    （ｃ）各燃料電池（１１０、６００）が機能しているか否か特定するために、試験手順を各燃料電池（１１０、６００）に適用するように実施可能な試験設備（３２０）と、
    （ｄ）試験され、機能している各燃料電池（１１０、６００）を、その後使用するために互いに分離するように実施可能な分離設備（３３０）とを含み、
    前記試験設備（３２０）が、
    （ｏ）各燃料電池（１１０、６００）に過圧下で流体を流して、圧力試験を行い、そこに何らかの漏れの発生を特定することによって、各燃料電池（１１０、６００）を試験するステップと、
    （ｐ）各燃料電池の重量が所与の範囲内にあるかどうか、あるいは所与の閾値重量を超過かつ／または未満かどうか判定するために、各燃料電池（１１０、６００）を計量することによって試験するステップと、
    （ｑ）各燃料電池（１１０、６００）がそれぞれ適切に組み立てられているかどうか判定するために、その寸法の１つまたは複数を測定することによって各燃料電池（１１０、６００）を試験するステップと、
    （ｒ）各燃料電池（１１０、６００）の層および／または構成部品が互いに適切に位置合わせされているようにするために、各燃料電池（１１０、６００）を光学的に検査することによって試験するステップと、
    （ｓ）断線、短絡および／またはセル抵抗異常を判定するために、各燃料電池（１１０、６００）に１つまたは複数の電気的測定を実施することによって試験するステップと、
    （ｔ）燃料電池の製造プロセスの後に残留した望ましくない微量の物質を検出するために、各燃料電池（１１０、６００）に「スニファー法」または化学検出試験を適用することによって試験するステップと、
    （ｕ）各燃料電池内部（１１０、６００）に含まれる電極区画の間の漏れの有無を試験するために各燃料電池（１１０、６００）を試験するステップであって、前記電極区画の電極の出口を塞ぎ、前記電極区画に反応物質を供給し、各燃料電池によって生成される出力電位を監視するステップをさらに含むステップと、
    （ｖ）例えば窒素中５％の水素などが好ましいスニファー・ガスおよび／またはトレーサ・ガスを過圧下で流し、前記スニファー・ガスおよび／またはトレーサ・ガスの燃料電池から周囲への漏れをガス感知装置を使用して検出することによって、各燃料電池に漏れ試験を行うステップと、
    （ｗ）各燃料電池の構成部品、各半完成燃料電池または完成した各燃料電池において、そこを通過する液体および／または気体の流れに応答して生じる圧力降下を試験するステップと、
    （ｘ）各燃料電池の構成部品、各半完成燃料電池または完成した各燃料電池の、そこを通過する液体および／または気体の流れに応答する流れ特性を試験するステップとのうち、１つまたは複数のステップによって燃料電池（１１０、６００）動作を試験するように実施可能である、前記装置（３００）。
11. 材料の層および／または予備成形された構成部品を、組み立てかつ／または貼り合せて各燃料電池（１１０、６００）を形成する前かつ／または間に、前処理を行うために前記ロール（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７）から受けるように実施可能な１つまたは複数の前処理段階を含み、
    前記１つまたは複数の前処理段階が、
    （ｅ）前記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数に、ガスケットまたはシールを接着または成形する前処理段階と、
    （ｆ）前記材料の層および／または構成部品のうちの１つまたは複数を、造形かつ／または平坦化するために機械加工する前処理段階と、
    （ｇ）前記材料の層および／または構成部品のうちの１つまたは複数に、１つまたは複数の開口または穴を裁断する前処理段階と、
    （ｈ）１つまたは複数の前記反応物質による腐食または化学反応に対して不動態化するために、前記層および／または構成部品のうちの１つまたは複数の裁断縁部を処理する前処理段階と、
    （ｉ）活性化かつ／または不動態化するために、前記層および／または構成部品の１つまたは複数にコーティングを追加する前処理段階と、
    （ｊ）前記層および／または構成部品のうちの１つまたは複数を、それぞれのロール（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７）から分離するために、切断またはその他の方法で分離する前処理段階と、
    （ｋ）前記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数の表面を、研削かつ／または研磨する前処理段階と、
    （ｌ）前記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数を、その腐食保護を高めるため、かつ／またはより低い電気的接触抵抗を示すように実施可能な滑らかな表面を形成するために、電解研磨する前処理段階と、
    （ｍ）前記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数を、そこから汚れを取り除くために、洗浄する前処理段階と、
    （ｎ）前記材料の層および／または予備成形された構成部品のうちの１つまたは複数に、溶接操作を施す前処理段階とのうち、１つまたは複数の前処理段階を含む、請求項１０に記載の装置（３００）。
12. 前記試験設備（３２０）が、
    （ｙ）各燃料電池（１１０、６００）に過圧下でトレーサ・ガスを流し、
    （ｚ）各燃料電池（１１０、６００）からの前記トレーサ・ガスの局所的な漏れの有無をチェックするために、その外部周縁部の周りに１つまたは複数のトレーサ・ガス・プローブを使用して、空間的サンプリングを行うように実施可能である、請求項１０に記載の装置（３００）。
13. 前記試験設備（３００）が、
    （ａａ）各燃料電池（１１０、６００）の周縁領域の周り、および／または各燃料電池（１１０、６００）に形成された開口および／または穴の周縁領域の周りに１つまたは複数の光学的放射線ビームを使用して、各燃料電池（１１０、６００）を光学的に検査し、かつ／または
    （ｂｂ）製作中に生じた製作上の欠陥を検出するために、Ｘ線（レントゲン）を使用して、各燃料電池（１１０、６００）に含まれる層および／または構成部品を撮像するように実施可能である、請求項１０に記載の装置（３００）。
14. 各燃料電池（１１０、６００）内の互いに正確な位置合わせを確保するために、前記複数のロール（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７）から、材料および／または構成部品を、動作中に互いに同期して送り届ける同期装置を含む、請求項１０乃至１３のいずれかに記載の装置（３００）。
15. 各燃料電池（１１０、６００）の動作中に前記１つまたは複数の反応物質が流れるように実施可能な１つまたは複数の経路を各燃料電池（１１０、６００）に設けるために、前記材料および／または構成部品に穴、流路およびチャンバを形成するよう実施可能なツールを含む、請求項１０乃至１４のいずれかに記載の装置（３００）。
16. 前記穴、流路およびチャンバを形成するためのツールが、各燃料電池（１１０、６００）を対応する燃料電池スタック（３５０）に組み立てることが可能になるように、電気接続部（６３０）および流体連結部（６４０）が設けられた１つまたは複数のエンド・プレート（６１０）によって、各スタック（３５０）を終端できるように配設される、請求項１５に記載の装置（３００）。
17. 各燃料電池（１１０、６００）に構造的な剛性を与えるほぼ中心の層（１３２、４２０）から開始するように実施可能である、請求項１０に記載の装置（３００）。
18. 前記中心の層（１３２、４２０）が、各燃料電池（１１０、６００）のほぼ剛性を有する構造的な層であるか、または各燃料電池（１１０、６００）の中心チャンバであるように、各燃料電池（１１０、６００）を製造するよう実施可能である、請求項１７に記載の装置（３００）。

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