燃料電池用分隔件的制造方法和制造裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在層疊燃料電池單元而形成的燃料電池中所使用的分隔件組件的制造方法和制造裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是通過(guò)層疊數(shù)百個(gè)左右的燃料電池單元而構(gòu)成的，該燃料電池單元是利用具有波形形狀的分隔件從在電解質(zhì)膜的兩面接合陽(yáng)極電極和陰極電極而成的所謂的膜電極接合體(Membrane Electrode Assembly，以下稱作MEA)的兩面夾持該膜電極接合體而成的。燃料電池通常層疊有多個(gè)燃料電池單元，以達(dá)到期望的功率，層疊方式會(huì)影響發(fā)電特性，因此對(duì)在層疊時(shí)的各構(gòu)成部件的定位進(jìn)行了認(rèn)真研究。對(duì)于用于構(gòu)成燃料電池的構(gòu)成部件之間的定位，例如公開(kāi)了這樣的技術(shù):在設(shè)于MEA的外周的密封部的4個(gè)角部中的相對(duì)的兩個(gè)角部以及分隔件的4個(gè)角部設(shè)置孔并使導(dǎo)銷貫通這些孔(參照專利文獻(xiàn)I)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利f獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2008 - 59760號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

_6] 發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0007]然而，在鄰接的燃料電池單元中相鄰的分隔件通過(guò)分隔件的波形形狀彼此接觸來(lái)進(jìn)行通電，但存在這樣的情況:因形狀差異而無(wú)法使波形形狀彼此充分接觸，由燃料電池單元生成的電在燃料電池單元之間移動(dòng)時(shí)的電阻上升。因此，有時(shí)在鄰接的分隔件之間設(shè)置通過(guò)吸收分隔件的形狀差異來(lái)抑制電阻上升的所謂的彈簧那樣的構(gòu)件。
[0008]在進(jìn)行也包括所述的彈簧構(gòu)件在內(nèi)的用于構(gòu)成燃料電池的部件之間的定位時(shí)，采用專利文獻(xiàn)I的方法，在彈簧構(gòu)件的4個(gè)角部設(shè)置貫通孔，在鄰接的分隔件的在層疊時(shí)與彈簧構(gòu)件的貫通孔連通的位置設(shè)置貫通孔，利用定位銷進(jìn)行定位。
[0009]然而，分隔件除形成有波形形狀以外還形成有供燃料、氧化劑、冷卻流體流通的貫通孔，該貫通孔形成在比波形形狀靠外側(cè)的位置。因此，為了在分隔件設(shè)置定位用的貫通孔，即使存在差異也需要使燃料等的貫通孔與形狀沒(méi)有關(guān)系，為了滿足該條件，在比貫通孔還靠外側(cè)的位置設(shè)置貫通孔，不得不擴(kuò)大分隔件的外形。另外，彈簧構(gòu)件只要具有在層疊時(shí)能夠與波形形狀接觸的面積就能發(fā)揮作用，但在如專利文獻(xiàn)I那樣在構(gòu)成部件的角部設(shè)置貫通孔來(lái)進(jìn)行定位的情況下，分隔件的外形與彈簧構(gòu)件的外形不同，因此，不得不擴(kuò)大彈簧構(gòu)件的形狀以使其外形與分隔件的外形相同，在該情況下存在部件成本增大這樣的問(wèn)題。
[0010]因此，本發(fā)明是為了解決所述問(wèn)題而做成的，其目的在于提供一種為了對(duì)位、即使不擴(kuò)大分隔件、或不將彈簧構(gòu)件的外形做成與分隔件的外形同樣、也能夠使分隔件與彈簧構(gòu)件高精度地對(duì)位的燃料電池用的分隔件組件的制造方法和制造裝置。
_1] 用于解決問(wèn)題的方案
[0012]用于實(shí)現(xiàn)所述目的的本發(fā)明是一種燃料電池用的分隔件組件的制造方法，該燃料電池用的分隔件組件與膜電極接合體鄰接地設(shè)置，用于形成供流體流動(dòng)的流路。在所述制造方法中，準(zhǔn)備彈性構(gòu)件、截面形狀具有凹凸形狀的第I分隔件以及截面形狀具有凹凸形狀的第2分隔件，該彈性構(gòu)件具有導(dǎo)電性，并具有小于第I分隔件和第2分隔件這兩者的從平面方向進(jìn)行觀察時(shí)的俯視的外形形狀的外形形狀，該彈性構(gòu)件配置在第I分隔件與第2分隔件之間并且通過(guò)彈性變形來(lái)維持與相對(duì)的第I分隔件的凸部以及所述第2分隔件的凸部這兩者的接觸(準(zhǔn)備工序)。之后，使彈性構(gòu)件與設(shè)于載置面的第I定位構(gòu)件抵接，從而將彈性構(gòu)件定位并將彈性構(gòu)件載置于載置面(第I載置工序)。之后，使第I分隔件與設(shè)于載置面的比設(shè)有第I定位構(gòu)件的區(qū)域靠外側(cè)的區(qū)域的第2定位構(gòu)件抵接，從而將第I分隔件相對(duì)于彈性構(gòu)件定位并將第I分隔件以與彈性構(gòu)件重疊的方式載置于彈性構(gòu)件(第2載置工序)。之后，將已被定位并且彼此重疊的彈性構(gòu)件與第I分隔件接合起來(lái)(接合工序)。在本發(fā)明中，其特征在于，在第2載置工序中，在使用于對(duì)彈性構(gòu)件進(jìn)行定位的第I定位構(gòu)件自載置面退避的同時(shí)，使第I分隔件與彈性構(gòu)件重疊。
[0013]另外，用于實(shí)現(xiàn)所述目的的另一本發(fā)明是一種所述燃料電池用的分隔件組件的制造裝置。所述制造裝置具有:載置部，其供彈性構(gòu)件、第I分隔件和第2分隔件載置；第I定位構(gòu)件，其設(shè)于載置部的載置面，通過(guò)與彈性構(gòu)件抵接而將彈性構(gòu)件定位；第2定位構(gòu)件，其設(shè)于比設(shè)有第I定位構(gòu)件的區(qū)域靠外側(cè)的區(qū)域，通過(guò)與第I分隔件抵接而將第I分隔件相對(duì)于彈性構(gòu)件定位；以及接合部，其用于將通過(guò)第I定位構(gòu)件和第2定位構(gòu)件實(shí)現(xiàn)了對(duì)位的彈性構(gòu)件與第I分隔件接合起來(lái)。在本發(fā)明中，其特征在于，第I定位構(gòu)件能夠自載置面退避。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的燃料電池用的分隔件組件的制造方法的時(shí)序圖。
[0015]圖2是用于形成分隔件組件的裝置的概略俯視圖，該分隔件組件用于構(gòu)成該實(shí)施方式的燃料電池。
[0016]圖3是表示用于進(jìn)行該實(shí)施方式的分隔件與彈性構(gòu)件之間的對(duì)位的載置臺(tái)的立體圖。
[0017]圖4的(A)是表示將彈性構(gòu)件定位于載置臺(tái)后的狀態(tài)的俯視圖，圖4的⑶是表示將分隔件定位于載置臺(tái)后的狀態(tài)的俯視圖。
[0018]圖5是用于構(gòu)成燃料電池的分隔件的俯視圖，是表示與彈性構(gòu)件接合的分隔件與彈性構(gòu)件的接合位置以及成對(duì)的分隔件之間的接合位置的俯視圖。
[0019]圖6的(A)?圖6的(C)是沿著圖4的(B)中的6 — 6線的剖視圖，是表示形成分隔件組件的樣子的說(shuō)明圖。
[0020]圖7是表示用于層疊燃料電池的構(gòu)成部件的層疊工序的立體圖。
[0021]圖8是表示該實(shí)施方式的燃料電池的立體圖。
[0022]圖9是表示燃料電池的結(jié)構(gòu)的分解立體圖。
[0023]圖10是表示燃料電池的結(jié)構(gòu)的一部分的分解立體圖。
[0024]圖11是表示該實(shí)施方式的燃料電池用的分隔件組件的立體圖。
[0025]圖12是表示該實(shí)施方式的分隔件組件和膜電極接合體的剖視圖。
[0026]圖13是表示用于構(gòu)成該實(shí)施方式的分隔件組件的彈性構(gòu)件的一部分的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下，參照【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的實(shí)施方式。其中，以下的記載內(nèi)容并不用于限定權(quán)利要求書(shū)中記載的保護(hù)范圍、用語(yǔ)的意義。并且，為了便于說(shuō)明，附圖中的尺寸比例有所夸張，存在與實(shí)際的比例不同的情況。
[0028]圖1是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的燃料電池用的分隔件組件的制造方法的時(shí)序圖，圖2是用于形成分隔件組件的裝置的概略俯視圖，該分隔件組件用于構(gòu)成該實(shí)施方式的燃料電池。圖3是表示用于進(jìn)行該實(shí)施方式的分隔件與彈性構(gòu)件之間的對(duì)位的載置臺(tái)的立體圖，圖4的(A)是表示將彈性構(gòu)件定位于載置臺(tái)后的狀態(tài)的俯視圖，圖4的(B)是表示將分隔件定位于載置臺(tái)后的狀態(tài)的俯視圖。圖5是用于構(gòu)成燃料電池的分隔件的俯視圖，是表示與彈性構(gòu)件接合的分隔件與彈性構(gòu)件之間的接合位置以及成對(duì)的分隔件之間的接合位置的俯視圖。圖6的(A)?圖6的(C)是沿著圖4中的6 — 6線的剖視圖，是表示形成分隔件組件的樣子的說(shuō)明圖。圖7是表示用于層疊燃料電池的構(gòu)成部件的層疊工序的立體圖。
[0029]圖8是表示該實(shí)施方式的燃料電池的立體圖，圖9是表示燃料電池的結(jié)構(gòu)的分解立體圖，圖10是表示燃料電池的結(jié)構(gòu)的一部分的分解立體圖，圖11是表示該實(shí)施方式的燃料電池用分隔件組件的立體圖。圖12是表示該實(shí)施方式的分隔件組件和膜電極接合體的剖視圖，圖13是表示用于構(gòu)成該實(shí)施方式的分隔件組件的彈性構(gòu)件的一部分的立體圖。
[0030]本實(shí)施方式的燃料電池用的分隔件組件12是在與膜電極接合體11鄰接地配置的陽(yáng)極分隔件13與陰極分隔件14之間還配置彈性構(gòu)件30并且將分隔件13與分隔件14接合起來(lái)而成的。如圖1所示，分隔件組件12的制造方法具有準(zhǔn)備工序(步驟ST10)、第I載置工序(步驟ST20)、第2載置工序(步驟ST30)、第I接合工序(相當(dāng)于接合工序，步驟ST40)以及第2接合工序(相當(dāng)于另一接合工序，步驟ST50)。而且，若再進(jìn)行用于將膜電極接合體11與分隔件組件12層疊起來(lái)的層疊工序(步驟ST60)，則成為燃料電池的制造方法。詳細(xì)見(jiàn)后述。
[0031](燃料電池)
[0032]在說(shuō)明燃料電池用的分隔件組件的制造方法和制造裝置之前，先說(shuō)明包括作為構(gòu)成部件的燃料電池用的分隔件組件的燃料電池。燃料電池100具有作為主要構(gòu)成部件的層疊多個(gè)燃料電池單元1a而成的層疊體10。燃料電池單元1a是通過(guò)在膜電接合體11的兩側(cè)配置分隔件13、14而構(gòu)成的。膜電極接合體11在電解質(zhì)膜Ila的一側(cè)接合有陽(yáng)極11b，在電解質(zhì)膜Ila的另一側(cè)接合有陰極11c。分隔件組件12具有兩個(gè)分隔件13、14以及在分隔件13與分隔件14之間與分隔件13、14的波形形狀13g、14g接觸的彈性構(gòu)件30。并且，在層疊體10的層疊方向上的兩端部設(shè)有集電板16、17。并且，燃料電池100具有殼體20。殼體20具有一對(duì)緊固板21、22、一對(duì)加強(qiáng)板23、24以及一對(duì)端板25、26(相當(dāng)于端部構(gòu)件)。以下，說(shuō)明燃料電池單元100所包括的各構(gòu)件。
[0033]如圖9?圖12所示，分隔件13、14將在層疊在一起的多個(gè)燃料電池單元1a中相鄰的膜電極接合體11隔開(kāi)，并且使由膜電極接合體11產(chǎn)生的電力通電。分隔件13、14被劃分為陽(yáng)極側(cè)分隔件13 (相當(dāng)于第I分隔件)和陰極側(cè)分隔件14 (相當(dāng)于第2分隔件)。陽(yáng)極側(cè)分隔件13與膜電極接合體11的陽(yáng)極Ilb抵接。陽(yáng)極側(cè)分隔件13含有具有導(dǎo)電性材料的金屬，形成為比陽(yáng)極Ilb大的薄板狀。
[0034]如圖12所示，在陽(yáng)極側(cè)分隔件13的中央設(shè)有截面包括多個(gè)凹凸形狀的波形形狀13g，以構(gòu)成用于使燃料氣體(氫)與冷卻水等冷卻流體分開(kāi)流動(dòng)的流路。對(duì)于陽(yáng)極側(cè)分隔件13的波形形狀13g，其與陽(yáng)極Ilb接觸而形成的密閉空間被用作用于向陽(yáng)極Ilb供給氫的陽(yáng)極氣體流路13h。另一方面，對(duì)于陽(yáng)極側(cè)分隔件13的波形形狀13g，其隔著彈性構(gòu)件30與陰極側(cè)分隔件14的波形形狀14g之間形成的密閉空間被用作用于供給冷卻水的冷卻流體流路13 j。
[0035]陽(yáng)極側(cè)分隔件13為長(zhǎng)方形狀，在其長(zhǎng)度方向上的一端開(kāi)設(shè)有與陰極氣體供給口13a、冷卻流體供給口 13b和陽(yáng)極氣體供給口 13c相當(dāng)?shù)呢炌住Ｍ瑯拥?，在?yáng)極側(cè)分隔件13的長(zhǎng)度方向上的另一端開(kāi)設(shè)有與陽(yáng)極氣體排出口 13d、冷卻流體排出口 13e和陰極氣體排出口 13f相當(dāng)?shù)呢炌住?br>[0036]陰極側(cè)分隔件14與膜電極接合體11的陰極Ilc抵接。陰極側(cè)分隔件14含有具有導(dǎo)電性材料的金屬，形成為比陰極Ilc大的薄板狀。
[0037]如圖12所示，在陰極側(cè)分隔件14的中央設(shè)有截面包括多個(gè)凹凸形狀的波形形狀14g，以構(gòu)成用于使氧化劑氣體(含