JP6003846B2 - Catalyst stripping device - Google Patents
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Description
本発明は、シートに付着している触媒残留物を剥離回収するための触媒剥離装置および触媒剥離方法に関する。 The present invention relates to a catalyst stripping apparatus and a catalyst stripping method for stripping and collecting a catalyst residue adhering to a sheet.
燃料電池に用いられる発電体としての膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly;MEA)は、電解質膜の両膜面に、燃料電池反応を促進させるための触媒を担持させた電極触媒層がアノードおよびカソードとして接合された構造を有している。この膜電極接合体は、例えば、膜電極接合体の製造装置としての転写装置を用いて、以下のように製造される。長尺状の電解質膜シートと電極触媒層の部材が形成済みの支持シートとを重ね合わせ、転写ローラーで電極触媒層を電解質膜の膜面に順次転写する。そして、支持シートを剥離することにより、電解質膜の両膜面に、アノードおよびカソードとしての電極触媒層が形成された膜電極接合体が作製される。なお、剥離された支持シートは順次巻き取り回収される。 Membrane Electrode Assembly (MEA) as a power generator used in a fuel cell has an anode and a cathode having an electrode catalyst layer carrying a catalyst for promoting a fuel cell reaction on both membrane surfaces of the electrolyte membrane. As a joint structure. This membrane electrode assembly is manufactured as follows using, for example, a transfer apparatus as a manufacturing apparatus of the membrane electrode assembly. The long electrolyte membrane sheet and the support sheet on which the electrode catalyst layer member has been formed are overlapped, and the electrode catalyst layer is sequentially transferred onto the membrane surface of the electrolyte membrane by a transfer roller. Then, by separating the support sheet, a membrane electrode assembly is produced in which electrode catalyst layers as an anode and a cathode are formed on both membrane surfaces of the electrolyte membrane. Note that the peeled support sheet is sequentially wound and collected.
ここで、転写後の電極触媒層の幅を電解質膜の幅と同じとする場合、通常、支持シートに形成済みの転写前の電極触媒層の部材の幅が電解質膜の幅より広くなるように設定されている。このため、転写後に剥離された支持シートには、電解質膜の膜面上に転写されなかった電極触媒層の部材の一部が、触媒残留物として残される。この触媒残留物は、上記のように、支持シートが巻き取り回収される際に、電極触媒層の部材のクズ(以下、触媒クズとも呼ぶ)として支持シートから剥がれ落ちる場合がある。剥がれ落ちた触媒クズは、転写ローラー等の各機構部に付着する場合がある。この結果、剥がれ落ちた触媒クズは、作製される製品(電極触媒層が転写された電解質膜、すなわち、膜電極接合体)に異物として付着する可能性があり、作製される製品の品質の低下を招く。このため、転写後の支持シートの触媒残留物が触媒クズとして落下する前に、支持シートから触媒残留物を剥離回収することが好ましい。 Here, when the width of the electrode catalyst layer after transfer is the same as the width of the electrolyte membrane, the width of the member of the electrode catalyst layer before transfer that is already formed on the support sheet is usually wider than the width of the electrolyte membrane. Is set. For this reason, a part of the member of the electrode catalyst layer that has not been transferred onto the membrane surface of the electrolyte membrane is left as a catalyst residue on the support sheet peeled off after the transfer. As described above, when the support sheet is wound and collected, the catalyst residue may be peeled off from the support sheet as scraps of the members of the electrode catalyst layer (hereinafter also referred to as catalyst scraps). The catalyst scraps that have peeled off may adhere to each mechanism such as a transfer roller. As a result, the catalyst scraps that have been peeled off may adhere to the manufactured product (electrolyte membrane to which the electrode catalyst layer has been transferred, that is, the membrane / electrode assembly) as a foreign substance, resulting in a decrease in the quality of the manufactured product. Invite. For this reason, it is preferable to peel and collect the catalyst residue from the support sheet before the catalyst residue on the support sheet after the transfer falls as catalyst scraps.
ここで、特許文献1,2には、シートに付着した余剰分の触媒ペースト(上記電極触媒層の部材に対応)を、スクレーパーで剥離回収する技術が開示されている。また、特許文献3には、シートに仮担持したペースト状の触媒組成物(上記電極触媒層の部材に対応)を、水流ポンプからの水流によりシートから剥離回収する技術が開示されている。
Here,
しかし、特許文献1,2に記載された技術では、スクレーパーで剥離した触媒ペーストのクズ(触媒クズ)が飛散する可能性があり、また、静電気により装置等に付着する可能性がある。従って、これらの技術を、膜電極接合体の製造装置に適用した場合、簡単な構造で触媒残留物を支持シートから剥離回収することは可能であるが、作製される製品(膜電極接合体)に異物として付着することによる製品の品質の低下を抑制することができない、という課題がある。また、特許文献3に記載された技術では、触媒クズの飛散を防止することは可能であるが、そのために水流ポンプを要するため、装置の大型化および高コスト化を招く、という課題がある。以上のことから、シートに付着した触媒残留物の飛散を防止しつつシートから剥離回収すること、また、簡単な構造で実現することが望まれていた。
However, in the techniques described in
上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。 In order to achieve at least a part of the problems described above, the present invention can be implemented as the following forms.
(1)本発明の一形態によれば、触媒剥離装置が提供される。この触媒剥離装置は、電極触媒層支持シートに付着している触媒残留物を前記電極触媒層支持シートから剥離するための触媒剥離装置であって、前記電極触媒層支持シートの少なくとも前記触媒残留物が付着したシート面の全体に水を付与する加湿機構部と、前記水が付与されたシート面に刃先を押し当てて前記触媒残留物を前記電極触媒層支持シートから剥離させるスクレーパーを含む剥離機構部と、剥離によって落下した前記触媒残留物を受け止める回収トレイと、を備える。この形態の触媒剥離装置によれば、触媒残留物がスクレーパーで電極層支持シートから剥離される前に、少なくとも触媒残留物が付着したシート面の全体に水が付与される。これにより、電極支持シートで発生する静電気が除電されるため、剥離された触媒残留物のクズが静電気によって触媒電極支持シート等に付着するのを抑制することが可能となる。また、剥離された触媒残留物のクズは水分を含んでいるので、空気中へ飛散することを抑制し、回収トレイへ落下させて、回収トレイでの回収性を高めることが可能である。 (1) According to one form of this invention, a catalyst peeling apparatus is provided. This catalyst stripping device is a catalyst stripping device for stripping a catalyst residue adhering to an electrode catalyst layer support sheet from the electrode catalyst layer support sheet, and at least the catalyst residue of the electrode catalyst layer support sheet Humidification mechanism that applies water to the entire sheet surface to which water adheres, and a peeling mechanism that includes a scraper that presses a blade edge against the sheet surface to which water has been applied to separate the catalyst residue from the electrode catalyst layer support sheet And a recovery tray for receiving the catalyst residue dropped due to peeling. According to the catalyst stripping apparatus of this aspect, before the catalyst residue is stripped from the electrode layer support sheet by the scraper, water is applied to at least the entire sheet surface to which the catalyst residue has adhered. Thereby, since static electricity generated in the electrode support sheet is eliminated, it is possible to suppress debris of the separated catalyst residue from adhering to the catalyst electrode support sheet or the like due to static electricity. Moreover, since the scrap of the catalyst residue thus peeled contains moisture, it is possible to suppress scattering into the air and drop it to the recovery tray to improve the recoverability of the recovery tray.
(2)上記形態の触媒剥離装置において、前記電極触媒層支持シートに付着している前記触媒残留物は、電解質膜に電極触媒層が接合された膜電極接合体を作製する過程において、前記電極触媒層が形成された前記電極触媒層支持シートから前記電極触媒層を電解質膜に転写して前記電極触媒層支持シートを剥がした際に、前記電解質膜に転写されずに前記電極触媒層支持シートに残った前記電極触媒層の一部である。この場合、膜電極接合体を作製する過程において排出される触媒残留物が付着した電極触媒層支持シートの触媒残留物を回収することができる。 (2) In the catalyst stripping apparatus of the above aspect, the catalyst residue adhering to the electrode catalyst layer support sheet is formed by the electrode in the process of producing a membrane electrode assembly in which an electrode catalyst layer is bonded to an electrolyte membrane. When the electrode catalyst layer is transferred to the electrolyte membrane from the electrode catalyst layer support sheet on which the catalyst layer is formed and the electrode catalyst layer support sheet is peeled off, the electrode catalyst layer support sheet is not transferred to the electrolyte membrane. It is a part of the said electrode catalyst layer which remained in. In this case, the catalyst residue of the electrode catalyst layer support sheet to which the catalyst residue discharged in the process of manufacturing the membrane electrode assembly is attached can be recovered.
(3)上記形態の触媒剥離装置において、前記回収トレイには水が貯められているようにしてもよい。この場合、剥離された触媒残留物のクズは、回収トレイの水の中に落下し、水を吸収することによって凝集してまとまることになるため、回収性を高めることが可能である。 (3) In the catalyst stripping apparatus of the above aspect, water may be stored in the recovery tray. In this case, debris of the peeled catalyst residue falls into the water in the recovery tray and aggregates and collects by absorbing the water, so that the recoverability can be improved.
(4)上記形態の触媒剥離装置において、前記加湿機構部は、前記回収トレイの前記水を吸収しつつ回転する加湿ローラーを有し、前記触媒残留物が付着した前記シート面に前記加湿ローラーが接触した際に、前記触媒残留物が付着した前記シート面の全体に前記水を付与するようにしてもよい。この場合、触媒残留物が付着したシート面の全体に容易に水を付与することができる。 (4) In the catalyst stripping apparatus according to the above aspect, the humidifying mechanism section includes a humidifying roller that rotates while absorbing the water in the recovery tray, and the humidifying roller is attached to the sheet surface to which the catalyst residue is attached. When contacted, the water may be applied to the entire sheet surface to which the catalyst residue adheres. In this case, water can be easily applied to the entire sheet surface to which the catalyst residue is adhered.
(5)上記形態の触媒剥離装置において、前記加湿機構部は、前記回収トレイの前記水の中に前記触媒残留物が付着した前記電極触媒層支持シートを引き込む引込みローラーを有し、前記触媒残留物が付着した前記電極触媒層支持シートが前記水の中を通過することにより、前記触媒残留物が付着した前記シート面の全体に前記水を付与するようにしてもよい。この場合にも、触媒残留物が付着したシート面の全体に容易に水を付与することができる。 (5) In the catalyst stripping apparatus according to the above aspect, the humidifying mechanism has a pull-in roller that pulls the electrode catalyst layer support sheet on which the catalyst residue adheres into the water of the recovery tray, and the catalyst residue The electrode catalyst layer supporting sheet to which an object has adhered may pass through the water, so that the water is applied to the entire sheet surface to which the catalyst residue has adhered. Also in this case, water can be easily applied to the entire sheet surface to which the catalyst residue is adhered.
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、触媒剥離方法、膜電極接合体の製造装置や製造方法等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms. For example, the present invention can be realized in the form of a catalyst peeling method, a manufacturing apparatus or a manufacturing method of a membrane electrode assembly, and the like.
A.第1実施形態:
図1は、第1実施形態としてのMEA製造装置を用いて作製されるMEAを断面視して概略的に示す説明図である。MEA(膜電極接合体)は、電解質膜20の両側にアノード21とカソード22の両電極を備える。電解質膜20は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。アノード21およびカソード22は、例えば白金、あるいは白金合金等の触媒を担持した導電性の担体、例えばカーボン粒子(以下、触媒担持カーボン粒子と称する)を、プロトン伝導性を有するアイオノマーで被覆して形成された電極触媒層であり、電解質膜20の両膜面に接合され、電解質膜20と共に膜電極接合体(MEA)を形成する。通常、アイオノマーは、電解質膜20と同質の固体高分子材料である高分子電解質樹脂(例えばフッ素系樹脂)であり、その有するイオン交換基によりプロトン伝導性を有する。アノード21は、電解質膜20とほぼ同寸法の矩形形状とされ、カソード22は、アノード21より縦横とも短くされている。
A. First embodiment:
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing an MEA manufactured using the MEA manufacturing apparatus as the first embodiment in cross-sectional view. The MEA (membrane electrode assembly) includes both electrodes of an
図2は、第1実施形態としてのMEA製造装置の概略構成を模式的に示す説明図である。MEA製造装置100は、アノード転写機構部110と、カソード転写機構部120と、触媒剥離機構部130と、制御装置150と、を備えている。MEA製造装置100は、制御装置150の制御を受けて各機構部110〜130が動作することで、電解質膜シートロール20Rから送られる電解質膜シート20Sと、アノード支持シートロールDR1から送られるアノードシート21Sと、カソード支持シートロールDR2から送られるカソード22と、を用いてシート状のMEAを作製する。なお、図2は、各搬送箇所でのシート搬送とシート接合、並びにシート形態の様子を模式的に示しており、実際の各シートや部材の厚みや縦横サイズを反映したものではない。
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing a schematic configuration of the MEA manufacturing apparatus as the first embodiment. The MEA
図3は、電解質膜シートとアノード支持シートとカソード支持シートの準備の形態を模式的に示す説明図である。電解質膜シートロール20Rは、例えば以下のように準備される。電解質膜20を構成する上記の高分子電解質樹脂を用いてシート面に長尺状に形成される。バックシートBsは、電解質膜シート20Sから剥離可能とされ、例えば、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)等のポリエステル系、ポリスチレン等の高分子シートによって、電解質膜シート20Sとほぼ同じ幅で形成される。そして、電解質膜シートロール20Rは、こうして形成した電解質膜シート20Sを、バックシートBsごとロール状に巻き取ることにより準備される。
FIG. 3 is an explanatory view schematically showing the preparation of the electrolyte membrane sheet, the anode support sheet, and the cathode support sheet. The electrolyte
アノード支持シートロールDR1は、例えば以下のように準備される。アノードシート21Sは、触媒担持カーボン粒子とアイオノマーとを分散させた触媒インクを適宜な塗工機器にてアノード支持シートDs1に連続的に塗工し、その後の乾燥を経て、アノード支持シートDs1のシート面に長尺状に形成される。アノードシート21Sは、図中の側面断面視に示すように、アノード支持シートDs1のシート幅より狭くされ、かつ、後述するアノード転写において電解質膜シート20Sにアノードシート21Sが同じ幅で転写されるように、電解質膜シート20Sの幅よりも少し広い幅で形成される。アノード支持シートDs1は、シート状に連続形成済みのアノードシート21Sに対して剥離可能であり、バックシートBSと同様の高分子シートによって形成される。そして、アノード支持シートロールDR1は、こうして形成したアノードシート21Sを、アノード支持シートDs1ごとロール状に巻き取ることにより準備される。
The anode support sheet roll DR1 is prepared as follows, for example. The
カソード支持シートロールDR2は、例えば以下のように準備される。カソード22は、上記の触媒インクを適宜な塗工機器にてカソード支持シートDs2に間欠的に塗工し、その後の乾燥を経て、カソード支持シートDs2のシート面に間欠的に形成される。カソード支持シートDs2は、一方のシート面に、カソード22を点在させて備え、カソード22の点在形成に当たっては、マスクMを用いて、カソード22の矩形形状を確定する。カソード22にあっても、図中の側面断面視に示すように、カソード支持シートDs2のシート幅より狭くされ、上記した寸法関係で形成される。カソード支持シートDs2も、アノード支持シートDs1と同様の高分子シートによって形成され、剥離可能である。そして、カソード支持シートロールDR2は、カソード22が点在形成済みのカソード支持シートDs2をロール状に巻き取ることにより準備される。
The cathode support sheet roll DR2 is prepared as follows, for example. The
以上のように、電解質膜シート20Sやアノードシート21S或いはカソード22を形成しながら上記の各シートロールを準備するほか、電解質膜シート20Sが形成済みでロール状に巻き取られた電解質膜シートロール20Rや、アノード支持シートロールDR1、カソード支持シートロールDR2を購入することにより準備することもできる。
As described above, in addition to preparing each of the above sheet rolls while forming the
図2のアノード転写機構部110は、その上流側から、電解質膜シートロール20Rと、アノード支持シートロールDR1と、第1転写ローラー112と、下流側第1搬送ローラー113と、第1剥離ローラー114と、下流側第2搬送ローラー115と、第2剥離ローラー116と、を備える。電解質膜シートロール20Rは、制御装置150の制御を受けて回転し、図示しないローラー下流の案内ローラーおよび駆動ローラーと協働して、電解質膜シート20SをバックシートBsと共に第1転写ローラー112に送り出す。アノード支持シートロールDR1は、制御装置150の制御を受けて回転し、図示しないローラー下流の案内ローラーおよび駆動ローラーと協働して、アノードシート21Sをアノード支持シートDs1と共に第1転写ローラー112に送り出す。こうしたシート送り出しの際、電解質膜シートロール20Rとアノード支持シートロールDR1は、既述した案内ローラーによるシート案内により、長尺状の電解質膜シート20Sと長尺状のアノードシート21Sとが、押圧案内ローラー112bの外周面において接合するように、バックシートBsとアノード支持シートDs1とを第1転写ローラー112に送り出す。
The anode
第1転写ローラー112は、押圧力付与ローラー112aと押圧案内ローラー112bとを対向させて備え、この両ローラーの接合箇所(ニップ部)を転写圧着箇所とする。押圧力付与ローラー112aと押圧案内ローラー112bの両ローラーは、制御装置150の制御を受けて逆向きに回転し、バックシートBsとアノード支持シートDs1とを、電解質膜シート20Sとアノードシート21Sとが接合した状態のまま転写圧着箇所に引き込んで、電解質膜シート20Sにアノードシート21Sを転写し、下流に搬送する。こうしたシート引き込みと転写は、図2に示すように、バックシートBsが押圧力付与ローラー112aのローラー表面の側に位置し、アノード支持シートDs1が押圧案内ローラー112bのローラー表面の側に位置するようにして行われる。
The
押圧力付与ローラー112aは、良伝熱性の金属製のローラー、例えばニッケル系の金属ローラーとして構成され、図示しない熱源からの熱を受けて発熱する。押圧力付与ローラー112aは、バックシートBsを介して、電解質膜シート20Sおよびこれに接合したアノードシート21Sを加熱しつつ、押圧案内ローラー112bの側に向けて転写押圧力を付与する。押圧力付与ローラー112aの発熱状況や付与する転写押圧力は、制御装置150により制御される。
The pressing
押圧案内ローラー112bは、軽量な金属製のコアローラーの表面を耐熱性のゴム表皮層で被覆して構成され、押圧力付与ローラー112aの及ぼす転写押圧力を受け止める。この際、押圧力付与ローラー112aは、押圧案内ローラー112bにて受け止められた状態で転写押圧力の付与と転写を促進する伝熱を行うので、電解質膜シート20Sにアノードシート21Sが転写され、上記各シートは、積層したまま、第1転写ローラー112の下流に搬送される。
The
下流側第1搬送ローラー113は、制御装置150の制御を受けて回転し、第1転写ローラー112から送り出された積層状の上記各シートを、テンションを掛けつつ下流側に搬送する。以下、複数のシートが積層状となって搬送される過程では、これらシートを積層状シートと略称する。第1剥離ローラー114は、制御装置150の制御を受けて回転し、積層状シートからアノード支持シートDs1を剥離し、触媒剥離機構部130へ送り出す。触媒剥離機構部130は、本発明の触媒剥離装置に相当し、後述するように、アノード支持シートDs1に付着しているアノードシート21Sの触媒残留物21Srを剥離し、触媒残留物剥離済みのアノード支持シートDs1を支持シート回収ローラーDSRに送り出す。支持シート回収ローラーDSRは、触媒剥離機構部130から送り出されたアノード支持シートDs1を巻き取って回収する。
The downstream
下流側第2搬送ローラー115は、制御装置150の制御を受けて回転し、アノード支持シートDs1の剥離後の積層状シートを、テンションを掛けつつ下流側に搬送する。第2剥離ローラー116は、制御装置150の制御を受けて回転し、積層状シートからバックシートBsを剥離して、このバックシートBsをバックシート回収ローラーBSRに送り出す。バックシート回収ローラーBSRは、第2剥離ローラー116から送り出されたバックシートBSを巻き取って回収する。従って、アノード転写機構部110は、電解質膜シート20Sとアノードシート21Sとが積層しただけの積層状シート(以下、「アノード転写済みシートAs」とも呼ぶ)を、カソード転写機構部120に送り出す。
The downstream
カソード転写機構部120は、アノード転写機構部110の下流側に配設され、第2転写ローラー122と、受入ローラー123と、積層状シート搬送ローラー124と、カソード支持シートロールDR2と、支持シート搬送ローラー125と、を備える。カソード支持シートロールDR2は、制御装置150の制御を受けて回転し、その下流の支持シート搬送ローラー125と協働して、カソード22をカソード支持シートDs2と共に第2転写ローラー122に送り出す。こうしたシート送り出しの際、カソード支持シートロールDR2は、カソード支持シートDs2が押圧案内ローラー122bの表面に接合し、カソード22が露出するよう、カソード支持シートDs2を第2転写ローラー122に送り出す。そして、カソード22は、第2転写ローラー122における転写圧着箇所の手前で、アノード転写済シートASの電解質膜シート20Sと接合し、その状態のまま、第2転写ローラー122に引き込まれる。受入ローラー123は、制御装置150の制御を受けて回転し、アノード転写機構部110から送り出されたアノード転写済みシートAsを搬送案内する。積層状シート搬送ローラー124は、制御装置150の制御を受けて回転し、アノード転写済みシートAsにテンションを掛けつつ、アノードシート21Sが押圧力付与ローラー122aの表面に接合し、電解質膜シート20Sが露出するようにして、アノード転写済みシートAsを第2転写ローラー122に送り出す。
The cathode
第2転写ローラー122は、既述した第1転写ローラー112と同様、押圧力付与ローラー122aと押圧案内ローラー122bとを対向させて備え、この両ローラーの接合箇所(いわゆるニップ部)を転写圧着箇所とする。押圧力付与ローラー122aと押圧案内ローラー122bの両ローラーは、制御装置150の制御を受けて逆向きに回転し、カソード支持シートロールDR2からのカソード支持シートDs2とアノード転写済みシートAsとを、カソード22が電解質膜シート20Sに接合した状態のまま転写圧着箇所に引き込んで、電解質膜シート20Sにカソード22を転写する。このカソード転写により、電解質膜20の表裏面にアノード21とカソード22とを接合したシート状のMEAが得られる。
Similar to the
第2転写ローラー122によるシート引き込みと転写は、第1転写ローラー112と同様になされ、アノードシート21Sが押圧力付与ローラー122aのローラー表面の側に位置し、カソード支持シートDs2が押圧案内ローラー122bのローラー表面の側に位置するようにして行われる。この場合、押圧力付与ローラー122aは、押圧力付与ローラー112aと同様に、アノードシート21Sを介して、電解質膜シート20Sおよびこれに接合したカソード22を加熱しつつ、押圧案内ローラー122bの側に向けて転写押圧力を付与する。押圧力付与ローラー122aの発熱状況や付与する転写押圧力は、制御装置150により制御される。また、押圧案内ローラー122bは、押圧案内ローラー112bと同様に構成され、その表面は、ゴム表皮層とされている。
Sheet pull-in and transfer by the
第2転写ローラー122は、カソード22を転写済みのシート状のMEAを、製品回収ローラーPSRへ送り出す。製品回収ローラーPSRは、第2転写ローラー122から送り出されたシート状のMEAを巻き取って回収する。製品回収ローラーPSRに巻き取られたシート状のMEAは、これを図1に示す矩形形状に裁断したMEAの作製や、MEAの両側にガス拡散層が積層されたMEGA(Membrane-Electrode&Gas. Diffusion Layer Assembly)の作製等に用いられる。
The
制御装置150は、論理演算を実行するCPUや、ROM、RAMを有するコンピューターとして構成され、図示しない各種スイッチやセンサーの入力を受けつつ、既述した各ローラーの回転速度を調整制御するほか、押圧力付与ローラー112aや押圧力付与ローラー122aの発熱状態についても、これを制御する。
The
図4は、触媒剥離機構部の構成を概略的に示す説明図である。図4(A)は、触媒剥離機構部130を断面視して概略的に示しており、図4(B)は、図4(A)の触媒剥離機構部130をC矢視して概略的に示している。触媒剥離機構部130は、その上流側から、引込みローラー131と、剥離台134と、スクレーパー135と、送出しローラー132と、これらの搬送路の鉛直方向下側に配置された回収トレイ136と、を備える。引込みローラー131は、加湿ローラー131aと案内ローラー131bとを上下に対向させて備え、この両ローラーの接合箇所(ニップ部)が加湿箇所となる。加湿ローラー131aと案内ローラー131bの両ローラーは、互いに逆向きに回転し、触媒残留物21Srが付着したアノード支持シートDs1を加湿箇所に引き込んで、下流に搬送する。なお、このシート引込みは、図4(B)に示すように、アノード支持シートDs1の触媒残留物21Srが付着下側の面が加湿ローラー131aのローラー表面の側に位置するようにして行われる。
FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the catalyst peeling mechanism. 4A is a schematic cross-sectional view of the
加湿ローラー131aは、例えば、コアローラーの周囲をスポンジ層で被覆した構成のスポンジローラーとして構成され、スポンジ層の一部が回収トレイ136に貯められている水137内に浸かるように配置される。従って、加湿ローラー131aのスポンジ層は、水137内に浸かりつつ回転するので、加湿箇所に引き込まれたアノード支持シートDs1および触媒残留物21Srには、加湿ローラー131aによって水分が付与されて湿らされる。湿った状態の触媒残留物21Sr<wet>が付着したアノード支持シートDs1は、順に下流へ搬送される過程において、剥離台134下でスクレーパー135の刃先が押し当てられることにより、湿った状態の触媒残留物21Sr<wet>がアノード支持シートDs1から剥離される。スクレーパー135によって剥離された触媒のクズ(「触媒クズ」とも呼ぶ)21Peは、回収トレイ136の水137中に落下して回収される。
The
そして、触媒残留物21Srが剥離されたアノード支持シートDs1は、送出しローラー132によって支持シート回収ローラーDSR(図2)へ送り出され、支持シート回収ローラーDSRで巻き取り回収される。
Then, the anode support sheet Ds1 from which the catalyst residue 21Sr has been peeled off is sent out to the support sheet collection roller DSR (FIG. 2) by the
ここで、図5は、比較例としての触媒剥離機構部の構成を概略的に示す説明図である。この比較例の触媒剥離機構部130rは、本実施形態の触媒剥離機構部130と同様に、案内ローラー131brと、剥離台134rと、スクレーパー135rと、送出しローラー132rと、回収トレイ136r、とを備える。この触媒剥離機構部130rは、加湿ローラー131aを備えていない。
Here, FIG. 5 is an explanatory view schematically showing a configuration of a catalyst peeling mechanism as a comparative example. Similar to the catalyst stripping
比較例の触媒剥離機構部130rでは、アノード支持シートDs1に付着した触媒残留物21Srは乾燥状態のまま、スクレーパー135rで剥離される。剥離された触媒クズには、落下する触媒クズ(「落下触媒クズ」と呼ぶ)Pdだけでなく、乾燥して軽いために装置内の上昇気流で舞い上がって飛散する触媒クズ(「飛散触媒」と呼ぶ)Pfとなるものや、シートに発生する静電気による帯電のために、ローラー等の機構部品や搬送されるシートに付着する触媒クズ(「付着触媒クズ」と呼ぶ)Paとなるものが存在する。また、付着触媒クズPaであっても、再び、落下して落下触媒クズあるいは飛散して飛散触媒クズとなる場合もある。回収トレイ136rまで落下した触媒クズは回収されるが、飛散触媒クズPfは、飛散先で他の機構部品等に付着する可能性がある。従って飛散触媒クズPdおよび付着触媒クズPaは、作製される製品の品質の低下や装置の汚損、装置の耐久性の低下等を招く。
In the catalyst
一方、本実施形態の触媒剥離機構部130では、加湿ローラー131aによってアノード支持シートDs1および触媒残留物21Srを湿らすことができるので、シートに発生する静電気を除電でき、剥離された触媒クズ21Peが帯電してシート等に付着するのを抑制することが可能となる。また、剥離された触媒クズ21Peを湿った状態とすることができ、剥離した際に空気中に飛散し難い状態とすることが可能となる。以上のことから、本実施形態の触媒剥離機構部130では、剥離された触媒クズ21Peがシート等へ付着するのを抑制するとともに、空気中へ飛散することを抑制し、回収トレイ136へ落下するようにすることが可能である。そして、回収トレイ136へ落下した触媒クズ21Peは水137中でさらに水を含むことにより凝集してまとまることになるため、触媒クズ21Peの回収性を高めることが可能である。
On the other hand, in the catalyst
また、アノード支持シートDs1に付着した触媒残留物21Srを触媒クズとして分別回収することにより、リサイクルがし易くなる、という効果もある。例えば、触媒が付着した状態の支持シートをリサイクルする場合には、これを焼却し、その灰の中から触媒として利用されていた貴金属(本例ではPt)の取り出しを行う。この際、焼成炉のエネルギー効率を考慮して、1回目は低温で燃やし、2回目で残った灰をさらに高温で燃やす、2段階の焼成を行うため、リサイクル費用が割高となる。これに対して本実施形態のように分別した場合、1回の焼成で、回収触媒クズから貴金属を取り出すことができる状態となるまで焼成することができる。これにより、リサイクル費用を安くすることが可能であり、分別した支持シートを焼成せずにリサイクルすることが可能である。 Further, the catalyst residue 21Sr adhering to the anode support sheet Ds1 is separated and collected as catalyst scraps, so that there is an effect that recycling becomes easy. For example, when recycling the support sheet with the catalyst attached, it is incinerated and the noble metal (Pt in this example) used as the catalyst is taken out of the ash. At this time, in consideration of the energy efficiency of the firing furnace, the first time is burned at a low temperature, and the remaining ash is burned at a higher temperature at the second time. On the other hand, when fractionated as in the present embodiment, it can be fired until the precious metal can be taken out from the recovered catalyst scrap in one firing. Thereby, the recycling cost can be reduced, and the sorted support sheet can be recycled without firing.
B.第2実施形態:
図6は、第2実施形態としてのMEA製造装置に含まれる触媒剥離機構部の構成を概略的に示す説明図である。第2実施形態としてのMEA製造装置は、第1実施系形態のMEA製造装置100の触媒剥離機構部130を触媒剥離機構部130Bに置き換えた点を除いて全く同じであるので、図示および説明を省略している。以下では、触媒剥離機構部130Bについて説明を加える。
B. Second embodiment:
FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a catalyst stripping mechanism included in the MEA manufacturing apparatus as the second embodiment. The MEA manufacturing apparatus as the second embodiment is exactly the same except that the catalyst
本実施形態の触媒剥離機構部130Bは、その上流側から、引込みローラー131Bと、剥離台ローラー134Bと、スクレーパー135と、送出しローラー132と、これらの搬送路の鉛直方向下側に配置された回収トレイ136と、を備える。引込みローラー131Bは、第1剥離ローラー114から送られてくる触媒残留物21Srが付着したアノード支持シートDs1を引き込んで、下流に搬送する。ただし、引込みローラー131Bは、回収トレイ136に貯められている水137内に配置されている。このため、アノード支持シートDs1およびこれに付着した触媒残留物21Srは、引込みローラー131Bによって引き込まれて下流へ搬送される際に、水137内を通過することによって、水分が付与されて湿らされる。
The catalyst
剥離台ローラー134Bは、引込みローラー131Bから送り出されたアノード支持シートDs1を、テンションを掛けつつ下流側に搬送する。このとき、アノード支持シートDs1が剥離台ローラー134Bに接触している位置で、アノード支持シートDs1にスクレーパー135の刃先が押し当てられることにより、その表面に付着している湿った状態の触媒残留物21Sr<wet>がアノード支持シートDs1から剥離される。スクレーパー135によって剥離された触媒クズ21Peは、回収トレイ136の水137中に落下して回収される。
The peeling
そして、触媒残留物21Srが剥離されたアノード支持シートDs1は、送出しローラー132によって支持シート回収ローラーDSR(図2参照)へ送り出され、支持シート回収ローラーDSRで巻き取り回収される。
Then, the anode support sheet Ds1 from which the catalyst residue 21Sr has been peeled off is sent out to the support sheet collection roller DSR (see FIG. 2) by the
本実施形態の触媒剥離機構部130Bでも、引込みローラー131Bによってアノード支持シートDs1および触媒残留物21Srが水137中を通過することによって、アノード支持シートDs1および触媒残留物21Srを湿らすことができる。これにより、第1実施形態における触媒剥離機構部130と同様に、シートに発生する静電気を除電でき、剥離された触媒クズ21Peが帯電してシート等に付着するのを抑制することが可能となる。また、剥離された触媒クズ21Peを湿った状態とするができ、剥離した際に空気中に飛散し難い状態とすることが可能となる。以上のことから、剥離された触媒クズ21Peがシート等へ付着するのを抑制するとともに、空気中へ飛散することを抑制し、回収トレイ136へ落下するようにすることが可能である。そして、回収トレイ136へ落下した触媒クズ21Peは水137中でさらに水を含むことにより凝集してまとまることになるため、触媒クズ21Peの回収性を高めることが可能である。また、アノード支持シートDs1に付着した触媒残留物21Srを触媒クズとして分別回収することにより、リサイクルがし易くなる、という効果もある。
Also in the catalyst
C.第3実施形態:
第1実施形態および第2実施形態では、MEA製造装置の一機構部である触媒剥離機構部として触媒剥離装置を有する構成を例に説明したが、単体の触媒剥離装置とすることも可能である。
C. Third embodiment:
In 1st Embodiment and 2nd Embodiment, although the structure which has a catalyst peeling apparatus as an example of the catalyst peeling mechanism part which is one mechanism part of MEA manufacturing apparatus was demonstrated, it is also possible to set it as a single-piece catalyst peeling apparatus. .
図7は、第3実施形態としての触媒剥離装置の概略構成を模式的に示す説明図である。この触媒剥離装置200は、第1実施形態の触媒剥離機構部130と、アノード支持シートロールDSrRと、支持シート回収ローラーDSRと、を備える。触媒剥離機構部130の引込みローラー131が、アノード支持シートロールDSrRから触媒残留物21Srが付着したアノード支持シートDs1を引き込む。この際、加湿ローラー131aによってアノード支持シートDs1および触媒残留物21Srに水分が付与されて湿らされる。湿った状態の触媒残留物21Sr<wet>が付着したアノード支持シートDs1は、順に下流へ搬送される過程において、剥離台134下でスクレーパー135の刃先が押し当てられることにより、湿った状態の触媒残留物21Sr<wet>が剥離される。そして、触媒残留物21Srが剥離されたアノード支持シートDs1は、送出しローラー132によって支持シート回収ローラーDSRへ送り出され、支持シート回収ローラーDSRで巻き取り回収される。
FIG. 7 is an explanatory view schematically showing a schematic configuration of the catalyst stripping apparatus as the third embodiment. The
本実施形態の触媒剥離装置200においても、第1実施形態の触媒剥離機構部130と同様に、スクレーパー135による触媒残留物21Srの剥離前に、アノード支持シートDs1および触媒残留物21Srが湿らされることにより、シートに発生する静電気を除電でき、剥離された触媒クズ21Peが帯電してシート等に付着するのを抑制することが可能となる。また、剥離された触媒クズ21Peを湿った状態とすることができ、剥離した際に空気中に飛散し難い状態とすることが可能となる。以上のことから、剥離された触媒クズ21Peがシート等へ付着するのを抑制するとともに、空気中へ飛散することを抑制し、回収トレイ136へ落下するようにすることが可能である。そして、回収トレイ136へ落下した触媒クズ21Peは水137中でさらに水を含むことにより凝集してまとまることになるため、触媒クズ21Peの回収性を高めることが可能である。また、アノード支持シートDs1に付着した触媒残留物21Srを触媒クズとして分別回収することができるので、リサイクルがし易くなる、という効果もある。また、本実施形態の触媒剥離装置の場合、触媒剥離装置を備えない複数のMEA製造装置によって効率よくMEAの製造を行い、触媒剥離装置によって、それぞれのMEA清掃装置から排出された触媒残留物が付着したシートから触媒残留物の分別回収を効率良く行うことができる。
Also in the
なお、本実施形態の触媒剥離装置200は、第1実施形態における触媒剥離機構部130を用いた場合を例に示したが、第2実施形態における触媒剥離機構部130Bを用いて触媒剥離装置を構成することも可能である。
In addition, although the
D.変形例:
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
D. Variations:
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be realized with various configurations without departing from the spirit of the present invention. For example, the technical features of the embodiments corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are intended to solve part or all of the above-described problems, or part of the above-described effects. Or, in order to achieve the whole, it is possible to replace or combine as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
上記の実施形態のMEA製造装置100では、図2に示すように、アノード支持シートロールDR1を、第1剥離ローラー114によりカソード転写機構部120の上流側で剥離したが、これに限らない。つまり、第1剥離ローラー114をカソード転写機構部120における第2転写ローラー122の下流側に配設して、アノード支持シートDs1をカソード転写機構部120の下流側、即ちアノード・カソードの転写後に剥離してもよい。
In the
上記実施形態のMEA製造装置100では、第1転写ローラー112へのシート搬送を、バックシートBsが押圧力付与ローラー112aのローラー表面の側に位置し、アノード支持シートDs1が押圧案内ローラー112bのローラー表面の側に位置するようにしたが、これに限らない。つまり、図2における電解質膜シートロール20Rとアノード支持シートロールDR1の位置を逆にして、第1転写ローラー112へのシート搬送を、バックシートBsが押圧案内ローラー112bのローラー表面の側に位置し、アノード支持シートDs1が押圧力付与ローラー112aのローラー表面の側に位置するようにしてもよい。第2転写ローラー122へのシート搬送についても、図2に示す形態と逆としてもよい。
In the
上記実施形態の触媒剥離機構部130,130Bは、第1剥離ローラーから送られてくるアノード支持シートDs1に付着したアノードシート21Sの転写後の触媒残留物21Srを剥離するために装備されている。これに対して、カソード22がシート状でアノード21が矩形形状のMEAの場合には、図2のMEA製造装置100において、アノード転写機構部110をカソード転写機構部とし、カソード転写機構部120をアノード転写機構部とすることにより、そのまま適用可能である。
The catalyst
また、カソード支持シートDs2のシート面に形成されるカソードも、アノードシート21Sと同様に、電解質膜シート20の幅よりも大きい幅の矩形形状あるいは長尺状のカソードである場合には、同様に第2転写ローラー122の下流側に剥離ローラーおよび触媒剥離機構部を設けるようにすることも可能である。なお、この場合には、製品回収ローラーPSRの前に、製品支持シートを貼り合わせるために貼り合わせローラーを設けること好ましい。
Similarly, when the cathode formed on the sheet surface of the cathode support sheet Ds2 is a rectangular or elongated cathode having a width larger than the width of the
上記実施形態の触媒剥離機構部130では、加湿ローラー131aにてアノード支持シートDs1及びこれに付着している触媒残留物21Srに水を塗布して加湿している。また、上記実施形態の触媒剥離機構部130Bでは、引込みローラー131Bによってアノード支持シートDS1及びこれに付着している触媒残留物21Srを水137の中に引き込み、水137の中を通過させることにより、アノード支持シートDs1及びこれに付着している触媒残留物21Srを加湿している。しかしながら、これらに限定されるものではなく、スクレーパーにより支持シートに付着している触媒残留物をスクレーパーで剥離する前に、支持シート及びこれに付着している触媒残留物を加湿させることができれば、その手法に特に限定は無い。
In the catalyst
20…電解質膜
20R…電解質膜シートロール
20S…電解質膜シート
21…アノード
21S…アノードシート
21Pe…触媒クズ
21Sr…触媒残留物
22…カソード
100…MEA製造装置
110…アノード転写機構部
112…第1転写ローラー
112a…押圧力付与ローラー
112b…押圧案内ローラー
113…第1搬送ローラー
114…第1剥離ローラー
115…第2搬送ローラー
116…第2剥離ローラー
120…カソード転写機構部
122…第2転写ローラー
122a…押圧力付与ローラー
122b…押圧案内ローラー
123…受入ローラー
124…積層状シート搬送ローラー
125…支持シート搬送ローラー
130…触媒剥離機構部
130B…触媒剥離機構部
130r…触媒剥離機構部
131…引込みローラー
131B…引込みローラー
131a…加湿ローラー
131b…案内ローラー
131br…案内ローラー
132…送出しローラー
132r…送出しローラー
134…剥離台
134B…剥離台ローラー
134r…剥離台
135…スクレーパー
135r…スクレーパー
136…回収トレイ
136r…回収トレイ
137…水
150…制御装置
200…触媒剥離装置
DSrR…アノード支持シートロール
AS…アノード転写済シート
BS…バックシート
Pa…付着触媒クズ
Pd…飛散触媒クズ
Pf…飛散触媒クズ
As…シート
Bs…バックシート
DR1…アノード支持シートロール
DR2…カソード支持シートロール
DSR…支持シート回収ローラー
PSR…製品回収ローラー
Ds1…アノード支持シート
BSR…バックシート回収ローラー
Ds2…カソード支持シート
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記電極触媒層支持シートの少なくとも前記触媒残留物が付着したシート面の全体に水を付与する加湿機構部と、
前記水が付与されたシート面に刃先を押し当てて前記触媒残留物を前記電極触媒層支持シートから剥離させるスクレーパーを含む剥離機構部と、
剥離によって落下した前記触媒残留物を受け止める回収トレイと、
を備え、
前記回収トレイには水が貯められており、
前記加湿機構部は、前記回収トレイの前記水を吸収しつつ回転する加湿ローラーを有し、前記触媒残留物が付着した前記シート面に前記加湿ローラーが接触した際に、前記触媒残留物が付着した前記シート面の全体に前記水を付与する、触媒剥離装置。 A catalyst stripping device for stripping the catalyst residue adhering to the electrode catalyst layer support sheet from the electrode catalyst layer support sheet,
A humidifying mechanism that applies water to the entire sheet surface of the electrode catalyst layer supporting sheet to which at least the catalyst residue is attached;
A peeling mechanism unit including a scraper that presses a blade edge against the sheet surface provided with water to peel the catalyst residue from the electrode catalyst layer support sheet;
A collection tray for receiving the catalyst residue dropped due to peeling;
With
Water is stored in the collection tray,
The humidifying mechanism has a humidifying roller that rotates while absorbing the water in the recovery tray, and the catalyst residue adheres when the humidifying roller comes into contact with the sheet surface to which the catalyst residue adheres. The catalyst peeling apparatus which provides the said water to the said whole sheet | seat surface .
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