DE102006015350A1

DE102006015350A1 - Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen

Info

Publication number: DE102006015350A1
Application number: DE102006015350A
Authority: DE
Inventors: Tsang-Ming Chang; Wei-Li Huang; Yean-Der Kuan; Ching-Yi Chang; Chia-Hao Chang; Min-Feng Sung
Original assignee: Antig Technology Co Ltd
Current assignee: Antig Technology Co Ltd
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2006-10-12
Also published as: CN1845365A

Abstract

Warmpresse zur Herstellung mehrschichtiger Brennstoffzellen, aufweisend eine erste Druckplatte, eine erste Heizvorrichtung im Innern der ersten Druckplatte, eine Vielzahl erster Aussparungen, die die erste Druckplatte durchziehen, eine zweite Druckplatte, eine zweite Heizvorrichtung im Innern der zweiten Druckplatte und eine Vielzahl zweiter Aussparungen, die die zweite Druckplatte durchziehen. Die erste und zweite Heizvorrichtung führen definierten Regionen Wärme zu.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen, insbesondere eine Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen aus mehreren übereinanderliegenden Schichten.
Um geringe Dicken und kompakte Abmessungen von Brennstoffzellen zu erreichen, haben Hersteller Warmpreßverfahren zur Anwendung auf Brennstoffzellen aus gedruckten Leiterplatten entwickelt. Darin werden Grundplatten durch eine Warmpresse zusammengedrückt, um eine Brennstoffzelle herzustellen. Bei zu hoher Temperatur werden dabei jedoch Membranelektroden beschädigt. Andererseits ist bei die Festigkeit von Klebstoffen für niedrige Temperaturen nicht ausreichend. Falls hohe Festigkeit durch Verwendung von Hochtemperaturklebstoffen erreicht werden soll, kommt es zum angesprochenen Herstellungsproblem beschädigter Membranelektroden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen zu schaffen, die ein Beschädigen von Membranelektroden beim Warmpressen vermeidet.

Um diese Aufgabe zu erfüllem, weist die vorliegende Erfindung auf eine erste Druckplatte, eine erste Heizvorrichtung im Innern der ersten Druckplatte, eine Vielzahl erster Aussparungen, die die erste Druckplatte durchziehen, eine zweite Druckplatte, eine zweite Heizvorrichtung im Innern der zweiten Druckplatte und eine Vielzahl zweiter Aussparungen, die die zweite Druckplatte durchziehen. Die erste und zweite Heizvorrichtung führen definierten Regionen Wärme zu.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen.

1 ist eine perspektivische Ansicht der Warmpresse der vorliegenden Erfindung im ersten Ausführungsbeispiel.

2 ist eine Ansicht von oben der ersten Deckplatte der vorliegenden Erfindung im ersten Ausführungsbeispiel.

3 ist eine perspektivische Ansicht der Warmpresse der vorliegenden Erfindung im zweiten Ausführungsbeispiel.

4 ist eine Ansicht von oben der ersten Deckplatte der vorliegenden Erfindung im zweiten Ausführungsbeispiel.

5 ist eine perspektivische Ansicht von Aussparungen in der ersten Deckplatte der vorliegenden Erfindung.

Wie in 1–3 gezeigt, ist die vorliegende Erfindung eine Warmpresse 2, 3 zum warmpressen einer Brennstoffzellenplatte 1. In einem Ausführungsbeispiel ist die Brennstoffzellenplatte 1 eine Direktmethanol-Brennstoffzelle, die vorgepreßt ist und aus wenigstens zwei Schichtplatten 11 besteht. Jede der Schichtplatten 11 ist eine FR4-Platte, eine Keramikplatte, eine gedruckte Leiterplatte oder eine Hochpolymerplatte. Die Schichtplatten 11 sind übereinandergeschichtet und umfassen eine Zweielektrodenplatte, eine doppelseitige Durchgangsplatte und wiederum eine Zweielektrodenplatte, die mit der Warmpresse 2, 3 zusammengedrückt werden und dann eine Brennstoffzelle mit kompakten Abmessungen bilden.
Wie in 1 gezeigt, ist die vorliegende Erfindung in einem ersten Ausführungsbeispiel eine Warmpresse 2, aufweisend: eine erste Druckplatte 21, eine erste Heizvorrichtung 211, eine Vielzahl erster Aussparungen 213, eine zweite Druckplatte 23, eine zweite Heizvorrichtung 231 und eine Vielzahl zweiter Aussparungen 233. Die erste Druckplatte 21 ist eine Metallplatte, in die die erste Heizvorrichtung 211 eingelegt ist. Die Vielzahl erster Aussparungen 213 ist in die erste Druckplatte 21 eingelassen. Jede der ersten Aussparungen 213 liegt an einer Stelle, die Positionen von Membranelektroden auf der Brennstoffzellenplatte 1 entspricht (nicht gezeigt), so daß eine direkte Hitzeeinwirkung auf die Membranelektroden durch die erste Heizvorrichtung 211 vermieden wird. Der Aufbau der zweiten Druckplatte 23, der zweiten Heizvorrichtung 231 und der Vielzahl zweiter Aussparungen 233 ist gleich wie der Aufbau der ersten Druckplatte 21, der ersten Heizvorrichtung 211 und der Vielzahl erster Aussparungen 213. Oberflächen der ersten Druckplatte 21 und der zweiten Druckplatte 23 liegen einander gegenüber, so daß glatte Flächen zum Pressen der Brennstoffzellenplatte 1 zur Verfügung stehen.
Die erste Heizvorrichtung 211 und die zweite Heizvorrichtung 231 bilden Wärmezonen in der ersten Druckplatte 21 und der zweiten Druckplatte 23 und erhitzen diese dadurch. Durch direktes Aufliegen der ersten Druckplatte 21 und der zweiten Druckplatte 23 auf oberen und unteren Außenflächen der Brennstoffzellenplatte 1 findet eine Übertragung von Wärme auf die Brennstoffzellenplatte 1 statt. Die Aussparungen 213, 233 dienen dem Schutz vor Wärmeübertragung durch Wärmeleitung, so daß eine Beschädigung der im Bereich der Aussparungen 213, 233 liegenden Membranelektroden vermieden wird.
Wie in 2 gezeigt, weist die erste Heizvorrichtung 211 sich innerhalb der ersten Druckplatte 21 windende Heizleiter auf, die hohle Röhren, ähnlich Wasserleitungen, sind. In jedem der Heizleiter fließt eine Flüssigkeit hoher Temperatur durch einen Einlaß 211a ein, durch den Heizleiter und durch einen Auslaß 211b wieder aus. In gleicher Weise weist die zweite Heizvorrichtung 231 sich innerhalb der zweiten Druckplatte 23 windende Heizleiter auf. Weitere Heizverfahren, etwa durch elektrische Heizdrähte, sind möglich.
Wie in 3 gezeigt, ist die vorliegende Erfindung in einem zweiten Ausführungsbeispiel eine Warmpresse 3, aufweisend: eine erste Druckplatte 31, eine erste Heizvorrichtung 311, eine Vielzahl erster Aussparungen 313, eine erste Deckplatte 35, eine zweite Druckplatte 33, eine zweite Heizvorrichtung 331, eine Vielzahl zweiter Aussparungen 333 und eine zweite Deckplatte 37. Die erste Druckplatte 31 ist eine Metallplatte. In eine Unterseite der ersten Druckplatte 31 ist die erste Heizvorrichtung 311 eingelegt. Die Vielzahl erster Aussparungen 313 ist in die erste Druckplatte 31 eingelassen. Die Funktion der ersten Druckplatte 31, der ersten Heizvorrichtung 311 und der Vielzahl erster Aussparungen 313 ist gleich der Funktion der Gegenstücke im ersten Ausführungsbeispiel und braucht nicht erneut beschrieben zu werden. Die erste Heizvorrichtung 311 befindet sich an der Unterseite der ersten Druckplatte 31 und ist dadurch entblößt. Die Deckplatte 35 dient zum Abdecken der ersten Druckplatte 31 von unten und zum Abschließen der ersten Heizvorrichtung 311. Die Deckplatte 35 und die erste Druckplatte 31 sind durch Verschrauben, Löten oder Kleben oder eine Kombination derselben dicht miteinanader verbunden. Der Aufbau der zweiten Druckplatte 33, der zweiten Heizvorrichtung 331, der Vielzahl zweiter Aussparungen 333 und der zweiten Deckplatte 37 ist gleich wie der Aufbau der ersten Druckplatte 31, der ersten Heizvorrichtung 311, der Vielzahl erster Aussparungen 313 und der ersten Deckplatte 35, wobei die zweite Deckplatte 37 mit einer Oberseite der zweiten Druckplatte 33 dicht verbunden ist. In die erste Deckplatte 35 sind Aussparungen 351 eingelassen, deren Positionen denen der ersten Aussparungen 313 entsprechen. Ebenso sind in die zweite Deckplatte 37 Aussparungen 371 eingelassen, deren Positionen denen der zweiten Aussparungen 333 entsprechen. Die erste und zweite Deckplatte 35, 37 sind vorzugsweise Metallplatten.
Wie in 4 gezeigt, weist die erste Heizvorrichtung 311 an der Unterseite der ersten Druckplatte 31 sich windende Heizleiter in Form eingelassener Nuten auf.. Nach dem Abdecken der Unterseite der ersten Druckplatte 31 durch die erste Deckplatte 35 werden hohle Röhren gebildet, durch die eine Flüssigkeit hoher Temperatur fließt, ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel. In gleicher Weise weist die zweite Heizvorrichtung 331 an der Oberseite der zweiten Druckplatte 33 sich windende Heizleiter in Form eingelassener Nuten auf.. Nach dem Abdecken der Oberseite der zweiten Druckplatte 33 durch die zweite Deckplatte 37 werden hohle Röhren gebildet, durch die eine Flüssigkeit hoher Temperatur fließt. Weitere Heizverfahren, etwa durch elektrische Heizdrähte, sind möglich.
Wie in 5 gezeigt, sind im ersten Ausführungsbeispiel in den Aussparungen 213, 233 und im zweiten Ausführungsbeispiel in den Aussparungen 313, 333 Kühlelemente 40 installiert. Die Kühlelemente 40 dienen dem Abführen von Wärme durch Strahlung, um eine Beschädigung der Membranelekroden der Brennstoffzellenplatte 1 zu vermeiden. Weiterhin sind Wärmeisolatoren 50 an Seitenwänden der Aussparungen 213, 233 im ersten Ausführungsbeispiel bzw. an an Seitenwänden der Aussparungen 313, 333 im zweiten Ausführungsbeispiel angebracht, um eine verbesserte Wärmeisolierung zwischen den Heizvorrichtungen 21, 23 bzw. 31, 33 und den Aussparungen 213, 233 bzw. 313, 333 zu erreichen.
Die Kühlelemente 40 führen Wärme durch Konvektion, Wärmeleitung oder Strahlung ab und weisen dazu Ventilatoren, Wärmetauscherröhren, Radiatoren oder Flüssigkeitskühler auf.
Zum Warmpressen der Schichtplatten 11 der Brennstoffzellenplatte 1 durch die Warmpresse 2, 3 werden die Schichtplatten 11 übereinander angeordnet und zwischen die erste Druckplatte 21 und die zweite Druckplatte 23 bzw. zwischen die erste Deckplatte 35 und die zweite Deckplatte 37 gelegt. Öl hoher Temperatur wird in die Heizvorrichtungen 211, 231 bzw. 311, 331 eingeführt, so daß Klebstoff zwischen den Schichtplatten 11 weich ist und die Schichtplatten 11 mit hoher Festigkeit verklebt. Ferner drückt ein Ölkompressor, wie in 1 und 3 gezeigt die Druckplatten 21 und 23 bzw. 31 und 33 zusammen und erhöht so die Festigkeit der Verklebung der Schichtplatten 11. Zum Schutz der Membranelektroden der Brennstoffzellenplatte 1 sind zwischen der ersten Druckplatte 21, 31 und der zweiten Druckplatte 23, 33 Temperatursensoren (nicht gezeigt) installiert, beispielsweise Thermoelemente, an die sich eine Regeleinrichtung oder ein Rechner anschließen lassen, um ein Warmpressen mit geregelter Arbeitstemperatur zu erreichen und die Wärmezufuhr zu optimieren.
Die vorangegangene Erläuterung der vorliegenden Erfindung ist, obwohl sie die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung an Hand einer detaillierten Struktur- und Funktionsbeschreibung erklärt, nur illustrativ zu verstehen.
Änderungen im Detail, insbesondere bezüglich Größe, Form und Anordnung von Teilen sind durchführbar in dem Rahmen, der durch die folgenden Patentansprüche abgesteckt ist.

Claims

Warmpresse zur Herstellung mehrschichtiger Brennstoffzellen, aufweisend: eine erste Druckplatte; eine erste Heizvorrichtung im Innern der ersten Druckplatte; eine Vielzahl erster Aussparungen, die die erste Druckplatte durchziehen; eine zweite Druckplatte; eine zweite Heizvorrichtung im Innern der zweiten Druckplatte; und eine Vielzahl zweiter Aussparungen, die die zweite Druckplatte durchziehen; wobei die erste und zweite Heizvorrichtung definierten Regionen Wärme zuführen.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 1, wobei. die erste Heizvorrichtung sich innerhalb der ersten Druckplatte windende Heizleiter und die zweite Heizvorrichtung sich innerhalb der zweiten Druckplatte windende Heizleiter aufweisen.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 2, wobei. die Heizleiter Röhren sind.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 2, wobei. die Heizleiter von Flüssigkeit hoher Temperatur durchströmt sind.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 1, weitherhin aufweisend Kühlelemente in den ersten Aussparungen.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 1, weitherhin aufweisend Kühlelemente in den zweiten Aussparungen.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 5, wobei die Kühlelemente weiterhin mit Ventilatoren, Wärmetauscherröhren, Radiatoren oder Flüssigkeitskühlern versehen sind.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 6, wobei die Kühlelemente weiterhin mit Ventilatoren, Wärmetauscherröhren, Radiatoren oder Flüssigkeitskühlern versehen sind.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 1, wobei Wärmeisolatoren an Seitenwänden der ersten Aussparungen angebracht sind.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 1, wobei Wärmeisolatoren an Seitenwänden der zweiten Aussparungen angebracht sind.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend einen Ölkompressor zum Zusammendrücken der ersten und zweiten Druckplatte.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine Vielzahl von Temperatursensoren, die zwischen der der ersten und zweiten Druckplatte installiert sind und Temperaturen an der ersten und zweiten Heizvorrichtung messen.
Warmpresse zur Herstellung mehrschichtiger Brennstoffzellen, aufweisend: eine erste Druckplatte; eine erste Heizvorrichtung im Innern der ersten Druckplatte; eine Vielzahl erster Aussparungen, die die erste Druckplatte durchziehen; eine erste Deckplatte zum Abdecken einer Unterseite der ersten Druckplatte; eine zweite Druckplatte; eine zweite Heizvorrichtung im Innern der zweiten Druckplatte; eine Vielzahl zweiter Aussparungen, die die zweite Druckplatte durchziehen; und eine zweite Deckplatte zum Abdecken einer Oberseite der zweiten Druckplatte; wobei die erste und zweite Heizvorrichtung definierten Regionen Wärme zuführen.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 1, wobei. die erste Heizvorrichtung in die Unterseite der ersten Druckplatte eingelassene, sich windende Heizleiter aufweist, die von Flüssigkeit hoher Temperatur durchströmt sind.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 1, wobei. die die zweite Heizvorrichtung in die Oberseite der zweiten Druckplatte eingelassene, sich windende Heizleiter aufweist, die von Flüssigkeit hoher Temperatur durchströmt sind.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 13, weitherhin aufweisend Kühlelemente in den ersten Aussparungen.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 13, weitherhin aufweisend Kühlelemente in den zweiten Aussparungen.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 16, wobei die Kühlelemente weiterhin mit Ventilatoren, Wärmetauscherröhren, Radiatoren oder Flüssigkeitskühlern versehen sind.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 17, wobei die Kühlelemente weiterhin mit Ventilatoren, Wärmetauscherröhren, Radiatoren oder Flüssigkeitskühlern versehen sind.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 13, wobei Wärmeisolatoren an Seitenwänden der ersten Aussparungen angebracht sind.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 13, wobei Wärmeisolatoren an Seitenwänden der zweiten Aussparungen angebracht sind.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 13, weiterhin aufweisend einen Ölkompressor zum Zusammendrücken der ersten und zweiten Druckplatte.
Warmpresse zur Herstellung von Brennstoffzellen nach Anspruch 13, weiterhin aufweisend eine Vielzahl von Temperatursensoren, die zwischen der der ersten und zweiten Druckplatte installiert sind und Temperaturen an der ersten und zweiten Heizvorrichtung messen.