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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Separator für eine Brennstoffbatterie,
der für
die Anfügung
mit einem Klebstoff geeignet ist, ein Verfahren zum Anfügen des
Separators und eine Brennstoffbatterie.
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Technischer
Hintergrund
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In
einer Brennstoffbatterie besteht eine Brennstoffbatterie-Zelle,
die als einzelne Zelle dient, aus einer Membran/Elektroden-Anordnung
(MEA), welche eine Elektrolytschicht, wie eine Festpolymermembran,
und Diffusionsschichten aus Kohlefasertuch oder Kohlepapier, welche
die Elektrolytschicht zwischen sich halten, umfasst, und aus Separatorelementen,
die die Membran/Elektrodenanordnung zwischen sich halten, und eine
Vielzahl solcher Zellen ist so angeordnet oder gestapelt (zu einem
Modul angeordnet), dass eine Brennstoffbatterie gebildet wird. In
solch einer einzelnen Brennstoffbatterie-Zelle wird ein Wasserstoffgas
als Anodengas zu einer Wasserstoffgas-Strömungskanalnut
des Separators auf der negativen Seite geliefert, und Luft (Sauerstoffgas)
als Kathodengas wird zu einer Sauerstoffgas-Strömungskanalnut des Separators
auf der positiven Seite geliefert. Die zugeführten Wasserstoff- und Sauerstoffgase
werden zu einer Diffusionsschicht auf der negativen Seite bzw. einer
Diffusionsschicht auf der positiven Seite diffundiert. Das Wasserstoffgas,
das die Diffusionsschicht auf der negativen Seite erreicht hat,
kommt dann mit einer Katalysatorschicht in Kontakt, die auf die
Festpolymerelektrolyt-Membran aufgebracht ist, und wird in geladene Protonen
und Elektronen dissoziiert. Die dissoziierten Protonen passieren
die Festpolymermembran, wandern zu einer positiven Seite und reagieren
mit dem Sauerstoff auf der positiven Seite, um Wasser zu bilden,
wodurch Elektrizität
entsteht. Allgemein wird eine Vielzahl von einzelnen Zellen mit
einem solchen Leistungserzeugungsmechanismus verwendet und über Separatoren
gestapelt, so dass die zusammengesetzte Brennstoffbatterie als in
Reihe geschaltetes Modul oder Brennstoffzellenstapel aufgebaut ist.
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Um
die einzelnen Zellen der Brennstoffbatterie zu verbinden, wird ein
flüssiger
Klebstoff verwendet, und die einzelnen Zellen der Brennstoffbatterie werden
mit diesem Klebstoff zusammengefügt.
Zuerst wird der flüssige
Klebstoff auf die Anfügungsfläche eines
Separatorelements aufgetragen. Der aufgetragene Klebstoff wird durch
Wärmehärten verfestigt,
nachdem die Anfügungsfläche dieses
Separatorelements mit einem benachbarten Element bedeckt wurde.
Auf diese Weise kann der Separator durch den Klebstoff mit dem benachbarten
Element zusammengefügt
werden. Dieser flüssige
Klebstoff muss auf die Anfügungsfläche (zumindest
auf den gesamten Umfangsrand) des Separatorelements aufgebracht
werden, denn falls irgendwelche Stellen, selbst kleine Stellen, übrig bleiben,
wo kein Klebstoff aufgetragen wurde, kann das Gas, das in die Brennstoffbatterie
strömt,
an den Stellen, wo kein Klebstoff aufgetragen wurde, austreten,
wenn der Separator mit dem benachbarten Element zusammengefügt ist. Um
dies zu verhindern, ist es daher nötig, den Klebstoff ausreichend
auf das Separatorelement aufzutragen, Das heißt, der Klebstoff fungiert
als Dichtungselement.
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Der
Klebstoff wird vorzugsweise so ausreichend wie möglich auf die Anfügungsfläche (zumindest
den gesamten Umfangsrand) des Separatorelements aufzutragen, aber
die Auftragung von zuviel Klebstoff kann zu anderen Problemen führen. Das heißt, falls
die Dicke des Klebstoffs, der auf die gesamte Anfügungsfläche des
Separatorelements aufgetragen wird, nicht gleichmäßig ist
und Stellen vorhanden sind, wo die Dicke des aufgetragenen flüssigen Klebstoffs
variiert, kann die Oberflächendruckverteilung
variieren, wenn das Separatorelement angefügt wird. Beispielsweise schwächt eine
solche Variation der Oberflächendruckverteilung
die Haftkraft zwischen der MEA und dem Separatorelement durch den
Klebstoff oder erhöht
den Grad des elektrischen Verlusts (eine Zunahme des Kontaktwiderstands)
in der Brennstoffbatterie. Darüber
hinaus besteht zwischen dem Separatorelement und der MEA die Möglichkeit,
dass die Gas strömungskanäle, die
in dem Separatorelement vorgesehen sind, sich verformen, so dass
die Gase nicht entlang der dafür
vorgesehenen Strömungskanäle strömen.
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Es
ist ein Verfahren bekannt, das angesichts dieses Problems mit der
aufgetragenen Klebstoffmenge und der Oberflächendruckverteilung ein vorderes
Ende und ein hinteres Ende kreuzt, wenn der flüssige Klebstoff aufgetragen
wird. An diesem Punkt wird in Betracht gezogen, dass das Separatorelement
vorzugsweise mit einem breiten Abschnitt in einem Teil, wo das vordere
Ende mit dem hinteren Ende zusammengefügt wird, versehen ist.
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Jedoch
wird in dem Separatorelement, auf das der Klebstoff aufgebracht
wird, eine Stelle, wo die Menge des aufgetragenen Klebstoffs groß ist, zuerst
zusammengedrückt,
und dann werden andere Bereiche mit dem Klebstoff zusammengedrückt, so dass
das Separatorelement mit dem benachbarten Element zusammengefügt wird,
wenn das Separatorelement mit dem Klebstoff an das benachbarte Element
(z.B. die Elektrolytmembran, den Separator, einen Harzrahmen usw.)
geklebt wird, das dem Separatorelement in Zellenstapelrichtung gegenüber liegt. Insbesondere
in einem Kreuzungsabschnitt des Klebstoffs wird der Klebstoff so
aufgetragen, dass er in zwei oder mehr Schichten übereinander
angeordnet wird, was leicht zu einem massigen Zustand führt.
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An
diesem Punkt während
des Zusammenbaus breitet sich der zusammengedrückte Klebstoff wegen des Oberflächendrucks,
der in einem solchen massigen Kreuzungsbereich höher wird als in anderen Bereichen, über den
Rand des Kreuzungsbereichs aus. Abhängig von den Bedingungen, unter denen
das Separatorelement mit dem Klebstoff an dem benachbarten Element
angefügt
wird, können insbesondere
die Richtung und der Umfang, in denen der zusammengedrückte Klebstoff
sich ausbreitet, variieren.
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Ein
herkömmliches
Separatorelement ist mit einem breiten Abschnitt in Bereichen versehen,
wo das vordere Ende das hintere Ende kreuzt. Wenn sich der zusammengedrückte Klebstoff
jedoch unverhältnismäßig innerhalb
des Raums des breiten Bereichs ausbreitet, je nach den Bedingungen
während des
Zusammenfügens,
läuft der
Klebstoff in einigen Fällen
aus dem breiten Abschnitt in zufälliger
Richtung über.
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Ein
solcher überlaufender
Klebstoff könnte beispielsweise
in die Gasströmungskanäle oder
einen Kühlfluidströmungskanal
des Separators geraten und diesen blockieren, oder die Funktion
der MEA beeinträchtigen.
Wenn der Klebstoff in ein Verteilerrohr für die Gasströmungskanäle und den
Kühlfluidkanal,
das im Separatorelement ausgebildet ist, überläuft, beeinträchtigt der
Klebstoff außerdem
den Strom des Gases oder eines Kühlfluids.
Wenn die Möglichkeit
besteht, dass der Klebstoff in das Verteilerrohr überfließen kann,
kann es außerdem
nötig sein,
ein zusätzliches
Verfahren in das Herstellungsverfahren aufzunehmen, um den übergelaufenen Klebstoff
zu entfernen. Darüber
hinaus besteht die Möglichkeit,
dass eine Breitenabweichung zu Variationen der Auftragungsmenge
(des Oberflächendrucks)
führt und
dass die Dichtwirkung beeinträchtigt
ist.
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts der genannten Probleme durchgeführt und
sie schafft einen Separator für
eine Brennstoffbatterie mit einer besser geeigneten Klebungsstruktur
und eine Brennstoffbatterie, in der dieser Separator verwendet wird.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung schafft einen Separator für eine Brennstoffbatterie,
die ein Separatorelement einschließt, das mit einem Klebstoff
mit einem benachbarten Element zusammengefügt wird, das ihm in Zellenstapelrichtung
benachbart ist, wobei eine Anfügungsfläche des
Separatorelements, das mit dem benachbarten Element zusammengefügt werden
soll, mit Führungswegen
versehen ist, um den aufgetragenen Klebstoff in einer bestimmten Richtung
zu führen.
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Wenn
der Separator der Brennstoffbatterie, die das Separatorelement einschließt, mit
dem Klebstoff in der Zellenstapelrichtung mit dem benachbarten Element
zusammengefügt
wird, wird der Klebstoff, der aufgetragen wird, wenn das Separatorelement
mit dem benachbarten Element zusammengefügt wird, in eine bestimmte
Richtung entlang der Anfügungsfläche des
Separatorelements geführt,
um mit dem benachbarten Element zusammengefügt zu werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 ist
eine Querschnittsdarstellung eines Brennstoffbatterie-Moduls gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Draufsicht auf einen Brennstoffzellen-Separator gemäß dieser
Ausführungsform
der Erfindung;
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3 ist
eine Schnittansicht des Brennstoffzellen-Separators gemäß dieser
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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4 ist
eine Schnittansicht des Brennstoffzellen-Separators gemäß dieser
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Schnittansicht des Brennstoffzellen-Separators gemäß dieser
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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6 ist
eine Schnittansicht des Brennstoffzellen-Separators gemäß dieser
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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7 ist
eine erläuternde
Skizze, die zeigt, wie ein Klebstoff auf den Brennstoffzellen-Separator gemäß dieser
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebracht wird;
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8 ist
eine erläuternde
Skizze, die ein Klebstoffaufbringungsverfahren gemäß dieser
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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9 ist
eine erläuternde
Skizze, die ein Klebstoffaufbringungsverfahren gemäß dieser
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Beste Weise
zur Durchführung
der Erfindung
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsform der
Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. Die vorliegende
Ausführungsform
ist ein Beispiel dafür,
wie die vorliegende Erfindung umgesetzt werden kann, und die vorliegende
Erfindung ist nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt.
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[Brennstoffbatterie und
Separator der Brennstoffbatterie]
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Eine
Schnittansicht einer Stapelstruktur einer Brennstoffbatterie 100 gemäß der vorliegenden Erfindung
ist in 1 dargestellt. Die Brennstoffbatterie 100 weist
eine gestapelte Struktur auf, in der eine Vielzahl von einzelnen
Brennstoffbatterie-Zellen 40 gestapelt sind (zu einem Modul
angeordnet sind). Hierbei weist jede einzelne Brennstoffbatterie-Zelle 40 eine
Struktur auf, bei der die MEA 30 zwischen einem ersten
Separatorelement 10 und einem zweiten Separatorelement 20 gehalten
wird. Das erste Separatorelement 10 und das zweite Separatorelement 20 entsprechen
jeweils einander benachbarten Elementen.
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Eine
einzelne Brennstoffbatterie-Zelle 40 wird durch Einfügen der
MEA 30 zwischen das erste Separatorelement 10 und
das zweite Separatorelement 20 mit einem duroplastischen
Klebstoff aufgebaut. Die Brennstoffbatterie-Stapelstruktur 100 wird so
erzeugt, dass die so ausgebildeten Brennstoffbatterie-Zellen 40 weiter
mit dem Klebstoff 22 zusammengefügt werden und dass die Brennstoffbatterie-Zellen 40 physisch
fest verbunden werden, um ein Zellenmodul zu bilden. Die Zellenmodule
werden weiter gestapelt, um einen Zellenstapel zu bilden. Anschlüsse, Isolatoren
und Endplatten werden an beiden Endend des Zellenstapels in einer
Zellenstapelrichtung angeordnet, und der Zellenstapel wird in der Zellenstapelrichtung
befestigt und dann wird eine Spannplatte, die in Zellenstapelrichtung
verläuft, durch
Bolzen und Muttern außerhalb
des Zellenstapels befestigt, wodurch ein Brennstoffbatterie-Stapel gebildet
wird. Auf diese Weise kann die Brennstoffbatterie gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt werden.
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Eine
Draufsicht auf ein zweites Separatorelement 20, das in
der Brennstoffbatterie 100 gestapelt werden soll, ist in 2 dargestellt.
Das zweite Separatorelement 20 weist konvexe Wände 12 an seinen äußeren Umfangsabschnitten
und an dem äußeren Umfangsabschnitt
eines Verteilerrohrs 80 auf. Abschnitte, die von den konvexen
Wänden 12 umgeben
sind, sind Klebstoffauftragungsnuten 14. Ferner bilden
sowohl die Oberseiten der konvexen Wände 12 als auch die
Klebstoffauftragungsnuten 14, die von den konvexen Wänden 12 umgeben
sind, eine Anfügungsfläche.
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Für das erste
Separatorelement 10 und das zweite Separatorelement 20 können Kohlenstoff
ein Metall, ein Harz, ein leitfähiges
Harz oder dergleichen verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, eine
Kombination aus Metallseparatoren für das erste Separatorelement 10 und
das zweite Separatorelement 20 zu verwenden, oder eine
Kombination aus Kohlenstoffseparatoren (Formteilen, die Kohlenstoff und
ein Harz zur Bindung des Kohlenstoffs aufweisen) für das erste
Separatorelement 10 und das zweite Separatorelement 20.
In 1 werden die Kohlenstoffseparatoren für sowohl
das erste Separatorelement 10 als auch das zweite Separatorelement 20 verwendet.
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Ferner
kann es sich bei dem benachbarten Element um den Separator und/oder
eine Elektrolytmembran und/oder die Membran/Elektroden-Anordnung
und/oder einen Harzrahmen handeln.
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Darüber hinaus
wird die MEA 30 auf solche Weise gebildet, dass eine Festpolymermembran
zwischen Diffusionsschichten an beiden Polen gehalten wird. Hierbei
kann ein Harz auf Fluorbasis oder dergleichen für die Festpolymermembran verwendet werden,
und ein allgemeines Diffusionsschichten bildendes Material wie Kohlefasertuch
oder Kohlepapier kann für
die Diffusionsschichten verwendet werden.
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Das
erste Separatorelement 10 und das zweite Separatorelement 20 weisen
eine Vielzahl von Gasströmungskanalnuten 32 auf
MEA-Kontaktflächenseiten
zum Halten der MEA 30 an Stellen auf, zwischen denen die
MEA gehalten wird. Die Gasströmungskanalnut 32 ist
eine konkave Nut, und ein Brenngas und eine oxidiertes Gas für die Brennstoffbatterie
werden der MEA 30 durch die Gasströmungskanalnuten zugeführt. Der
Gasströmungskanal 32 kann
ein Serpentinen-Strömungskanal,
der von einem Einlass so zu einem Auslass verläuft, dass er sich einmal oder
mehrmals wendet, oder ein gerader Strömungskanal, der vom Einlass
zum Auslass geradlinig verläuft,
sein. Wie in 1 dargestellt, ist in der Brennstoffbatterie-Stapelstruktur 100 das
Verteilerrohr 80 mit den Gasströmungskanälen 32 so verbunden,
dass es in die Separatoren für
den Durchgang order der Gase eines Kühlfluids hineinreicht.
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Ein
kennzeichnender Punkt der vorliegenden Ausführungsform ist, dass, wie in 2 dargestellt, das
erste Separatorelement 10 und das zweite Separatorelement 20 Klebstoffauftragungsnuten 14 aufweisen,
in die Klebstoff aufgetragen wird, und dass die konvexen Wände 12 die
Klebstoffauftragungsnuten 14 begrenzen.
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Die
Klebstoffauftragungsnut 14 ist eine konkave Nut, für die die
konvexen Wände 12,
die von der Oberfläche
des zweiten Separators 20 vorstehen, als Dämme von
Seitenflächenwänden dienen,
und die Oberfläche
des zweiten Separators 20 als Bodenfläche dient. Dieser Aufbau ermöglicht es
der Klebstoffauftragungsnut 14, eine Rückhaltefunktion für den Klebstoff
auszuüben.
Die Klebstoffauftragungsnuten 14 sind sowohl im ersten
Separatorelement 10 als auch im zweiten Separatorelement 20 ausgebildet, und
das erste Separatorelement 10 und das zweite Separatorelement 20 sind
so angeordnet, das die Klebstoffauftragungsnuten 14 einander
zugewandt sind, nachdem der Klebstoff in sie aufgebracht wurde.
Dann wird das erste Separatorelement 10 mit dem Klebstoff 22,
der in den Klebstoffauftragungsnuten 14 zurückgehalten
wird, mit dem zweiten Separatorelement 20 zusammengefügt, und
die Brennstoffbatterie-Zellen 40 werden zu einem gestapelten
Modul gebildet. Im Folgenden wird das zweite Separatorelement 20 anhand
eines Beispiels erklärt.
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Ferner
ist die Klebstoffauftragungsnut 14 in eine Außenumfangs-Klebstoffauftragungsnut 19,
die in der Außenumfangsfläche der
Anfügungsfläche des zweiten
Separatorelements 20 vorgesehen ist, und eine Innenumfangs-Klebstoffaufbringungsnut 18,
die an anderen Stellen als an deren Umfangsrand angeordnet ist und
am Umfangsrand des Verteilerrohrs 80 und dergleichen des
zweiten Separatorelements 20 vorgesehen ist, aufgeteilt.
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Die
konvexen Wände 12,
welche die Klebstoff-Aufbringungsnuten 14 begrenzen, sind
Dämme, die
an der Oberfläche
des zweiten Separatorelements 20 vorstehen. Die konvexen
Wände 12 sind
so vorgesehen, dass sie den äußersten
Umfangsrandabschnitt des zweiten Separatorelements 20 umschließen und
so, dass sie den Umfangsrand des Verteilerrohrs umschließen. Die
konvexen Wände 12 sind
in beiden Separatoren, die zusammengefügt werden sollen, vorgesehen.
Wenn ein Zellenmodul gebildet wird, berühren sich die konvexen Wände 12, die
an den Anfügungsflächen der
beiden Separatoren vorgesehen sind, direkt, so dass die Separatoren gestapelt
werden, wie in 1 dargestellt. Die konvexe Wand 12 weist
eine Vielzahl von Führungswege 16 auf.
Die Führungswege 16 reichen
von der Außenseite
des zweiten Separators 20 in die Klebstoffauftragungsnuten 14 hinein. Öffnungen
sind entlang des Außenumfangsrands
der konvexen Wand 12 vorgesehen, damit die Führungswege 16 Öffnungen bilden.
Das heißt,
weil die konkave Klebstoffaufbringungsnut 14 von der Bodenfläche des
zweiten Separators 20 und den konvexen Wänden 12 begrenzt wird,
sind in den konvexen Wänden 12 Öffnungen ausgebildet,
die als die Führungswege 16 dienen.
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Die
Führungswege 16 (16a, 16b, 16c und 16d)
sind so vorgesehen, dass sie in Richtung auf Klebstoff-Kreuzungspunkte 15 (15a, 15b, 15c und 15d)
in den Klebstoffaufbringungsnuten 14 verlaufen. Ferner
ist in der vorliegenden Ausführungsform
auch ein Führungsweg 16e in
der normalen Klebstoffaufbringungsnut 14 vorgesehen, wo
kein Kreuzungspunkt vorliegt. Es sei darauf hingewiesen, dass der Führungsweg 16e nicht
unbedingt notwendig ist und weggelassen werden kann. Im Folgenden
werden ein Ort, wo der Führungsweg 16 vorgesehen
ist, und ein Ort, wo der Führungsweg 16 nicht
vor gesehen ist, anhand eines Vergleichs ihrer Querschnittsdarstellungen
beschrieben. Die Querschnittsstruktur des zweiten Separators 20 ist
in den 3 bis 6 offenbart.
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3 zeigte
einen Querschnitt durch den zweiten Separator 20 mit Klebstoffaufbringungsnuten 14 einschließlich eines
Abschnitts des Verteilerrohrs 80 in einer Fläche A-A', die keinen Führungsweg
aufweist. In der hier in 3 gezeigten Querschnittsansicht
sind von der Außenseite
des Separators bis zu einem MEA-Halteabschnitt (von links nach rechts
in der Zeichnung) die konvexe Wand 12, die Außenumfangs-Klebstoffaufbringungsnut 19,
die konvexe Wand 12, das Verteilerrohr 80, die
konvexe Wand 12, eine Innenumfangs-Klebstoffaufbringungsnut 18a und
die konvexe Wand 12 ausgebildet.
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In 4 ist
ein Querschnitt durch den Außenumfangsrandabschnitt
des zweiten Separators 20 entlang dessen Fläche B-B' dargestellt. In
der in 4 dargestellten Konstruktion sind von der Außenseite
des Separators zum MEA-Halteabschnitt (von links nach rechts in
der Zeichnung) die konvexe Wand 12, der Führungsweg 16a und
die konvexe Wand 12 ausgebildet. Der Führungsweg 16a ist durch
Lücken
in der konvexen Wand 12 ausgebildet. Die Bodenfläche des
Führungswegs 16a ist
so konstruiert, dass sie eine Fortsetzung der Bodenfläche der
Klebstoffaufbringungsnut 14 ist. Mit einer solchen kontinuierlichen
Struktur ist der Führungsweg 16a eine
konkave Nut und ist durch die konvexen Wände 12, die als die
beiden Seitenflächen
dienen, sowie durch die Oberfläche
des zweiten Separators 20, der als Bodenfläche dient,
begrenzt.
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In 5 ist
eine Querschnittsstruktur durch den zweiten Separator 20 dargestellt,
die den Abschnitt des Verteilerrohrs 80 in einer Fläche C-C', welche den Führungsweg
aufweist, einschließt.
In der in 5 dargestellten Struktur sind
der Führungsweg 16e,
die Außenumfangs-Klebstoffaufbringungsnut 19,
die konvexe Wand 12, das Verteilerrohr 80, die
konvexe Wand 12, die Innenumfangs-Klebstoffaufbringungsnut 18a und
die konvexe Wand 12 in dieser Reihenfolge von der Außenseite
des zweiten Separators zum Halteabschnitt der MEA 30 (von links
nach rechts in der Zeichnung) ausgebildet.
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In 6 ist
ein Querschnitt durch den zweiten Separator 20 entlang
einer Fläche
D-D' dargestellt.
In der hier dargestellten Querschnittsansicht sind von der Außenseite
des Separators bis zum MEA-Halteabschnitt (von links nach rechts
in der Zeichnung) der Führungsweg 16c,
die Außenumfangs-Klebstoffaufbringungsnut 19,
die Innenumfangs-Klebstoffaufbringungsnut 18a und die konvexe Wand 12 ausgebildet.
Hier ist der Führungsweg 16c mit
einer konkaven Vertiefung 17 versehen. Diese konkave Vertiefung 17 ist
in der Bodenfläche
des Führungswegs 16c vorgesehen.
Diese konkave Vertiefung 17 dient als Klebstoffreservoir,
um den geführten
Klebstoff zurückzuhalten.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Ort, an dem die konkave Vertiefung vorgesehen
ist, nicht auf die Bodenfläche
des Führungswegs 16 beschränkt ist,
und dass die konkave Vertiefung 17 an einem beliebigen
Ort in der Bodenfläche
der Klebstoffaufbringungsnut 14 vorgesehen sein kann. Darüber hinaus
ist das Klebstoffreservoir nicht auf die konkave Vertiefung 17 beschränkt und kann
beliebig konstruiert sein, solange sie den Klebstoff aufnehmen kann.
Beispielsweise können
verschiedene Formen, wie eine konische Vertiefung oder eine dreieckig-pyramidenförmigen Vertiefung, verwendet
werden.
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Die
konvexen Wände 12 sind
vorzugsweise am Umfangsrand des Verteilerrohrs 80 und im
Außenumfangsabschnitt
des zweiten Separators 20 vorgesehen. Die konvexe Wand 12,
die am Umfangsrand des Verteilerrohrs 80 vorgesehen ist,
kann verhindern, dass der Klebstoff in das Verteilerrohr 80 gelangt.
Die konvexen Wände 12,
die im Außenumfangsabschnitt
des zweiten Separators 20 vorgesehen sind, können verhindern,
dass der Klebstoff von zufälligen
Orten im Außenumfangsabschnitt
des zweiten Separators 20 überläuft. Das heißt, da der Separator
in der vorliegenden Ausführungsform
so konstruiert ist, dass der Klebstoff von den Führungswegen 16 so
geführt
wird, dass er durch bestimmte Ausgänge fließt, ist es möglich, den
Nachteil zu vermeiden, dass der Klebstoff an zufälligen Orten überfließt.
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Die
konvexen Wände 12,
die am Umfangsrand des Verteilerrohrs 8 und im Außenumfangsabschnitt
des zweiten Separators 20 vorgesehen sind, können eine
Modulbildungs-Spannwerkzeugstruktur, die im Verfahren des Zusammenfügens der
MEA und des ersten Separators 10 verwendet wird, um eine Einheitszelle
zusammen zusetzen, vereinfachen. Dank des Vorhandenseins der konvexen
Wände 12 kann
beispielsweise ein flaches Spannwerkzeug, welches eine exakte Modulbildung
ermöglicht,
als Modulbildungs-Spannwerkzeug verwendet werden. Daher können Wirkungen,
die von dem Modulbildungswerkzeug in einem Modulbildungsverfahren abhängen (z.B.
Wirkungen auf die Variation der Dicke der einzelnen Zellen) eliminiert
werden.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass der Führungsweg als konkave Nut definiert
ist, in der die konvexen Wände 12 in
der vorliegenden Ausführungsform
als Querseitenwände
(der Führungsweg 16) dienen,
er aber nicht auf die Verwendung der konvexen Wände 12 beschränkt ist.
Jede Konstruktion ist möglich,
solange der Führungsweg
vorgesehen wird, so dass der Klebstoff an einen bestimmten Ort geführt werden
kann.
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[Verfahren zum Anfügen des
Separators]
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Nun
wird die Aufbringung des Klebstoffs 22 auf den zweiten
Separator 20 entlang der Klebstoffaufbringungsnuten 14 beschrieben. 7 zeigt,
wie der flüssige
Klebstoff in Pfeilrichtung entlang der Klebstoffaufbringungsnuten 14 aufgebracht
wird. Hierbei wird eine Abgabeeinrichtung für die Aufbringung verwendet.
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8 zeigt
die Aufbringung des Klebstoffs 22 mittels der Abgabeaufrichtung.
Die (nicht dargestellte) Abgabeaufrichtung weist eine Abgabedüse 24 auf.
Die Klebstoffaufbringungsnut 14 als Auftragungsziel wird
unmittelbar unter einem Klebstoffeinspritzungsauslass der Abgabedüse 24 angeordnet. Zusammen
mit der Bewegung der Abgabedüse 24 über der
Klebstoffaufbringungsnut 14 wird der Klebstoff 22 aus
der Spitze der Applikatordüse 24 eingespritzt.
Auf diese Weise wird der Klebstoff in die Klebstoffaufbringungsnut 14 aufgebracht.
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Ein
Startpunkt der Abgabedüse 24 wird
am Punkt P gesetzt. Die Abgabeeinrichtung bewegt sich entlang der
Außenumfangsrand-Klebstoffaufbringungsnut 19 ausgehend
vom Punkt P (siehe Pfeile), wodurch der Klebstoff 22 aufgebracht
wird. Zuerst wird der Klebstoff 22 so aufgebracht, dass
er den Kreuzungspunkt 15a passiert und einen Punkt an einem
Eckenabschnitt Q erreicht. Dann wird der Eckabschnitt Q passiert,
um den Kreuzungspunkt 15 zu erreichen, und ein Eckabschnittspunkt
R wird vom Kreuzungspunkt 15b aus erreicht. Schließlich wird nach
Passieren des Eckabschnittpunkts R ein Punkt S erreicht, der den
Endpunkt der Klebstoffaufbringungsnut 14 darstellt. Auf
diese Weise wird der Klebstoff 22 in die Außenumfangs-Klebstoffaufbringungsnut 19 aufgebracht,
die den Außenumfangsabschnitt des
Separators 20 umschließt.
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Nachdem
der Klebstoff 22 in die Außenumfangs-Klebstoffaufbringungsnut 19 aufgebracht
wurde, wird der Klebstoff 22 dann in die Innenumfangs-Klebstoffaufbringungsnut 18 (18a, 18b)
aufgebracht. Das Verfahren zur Aufbringung in die Innenumfangs-Klebstoffaufbringungsnut 18a wird
beschrieben. Der Klebstoff 22 wird von der Abgabeeinrichtung
vom Kreuzungspunkt 15b zum Kreuzungspunkt 15a in
die Innenumfangs-Klebstoffaufbringungsnut 18a aufgebracht.
Hierbei wird die Aufbringung ab dem Kreuzungspunkt 15 auf
solche Weise begonnen, dass der Klebstoff 22, der am Kreuzungspunkt
aufgetragen ist, überlappt
wird, so dass unter der Bedingung, dass der Klebstoff zusammengedrückt und
ausgebreitet wird, wenn er an das benachbarte Element geklebt wird,
kein Teil vorhanden ist, wo kein Klebstoff 22 aufgebracht
ist. Der Eckabschnitt wir passiert, um den Kreuzungspunkt 15a zu erreichen.
Am Kreuzungspunkt 15a wird der Klebstoff 22 ebenfalls
bis zu der Stelle aufgebracht, wo er den Kreuzungspunkt 15a überschneidet,
so dass kein Abschnitt zurückbleibt,
wo kein Klebstoff 22 aufgetragen ist.
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Nun
wird ein Verfahren zur Aufbringung des Klebstoffs 22 in
die Innenumfangs-Klebstoffaufbringungsnut 18b beschrieben.
Dieses ist dem Verfahren zur Aufbringung des Klebstoffs 22 in
die Innenumfangs-Klebstoffaufbringungsnut 18a ähnlich.
Das heißt,
die Abgabeeinrichtung wird verwendet, um den Klebstoff 22 vom
Kreuzungspunkt 15c zum Kreuzungspunkt 15d in die
Innenumfangs-Klebstoffaufbringungsnut 18b aufzutragen.
Hierbei wird die Auftragung des Klebstoffs 22 am Kreuzungspunkt 15 solchermaßen begonnen,
dass der Klebstoff 22, der bereits am Kreuzungspunkt 15c aufgetragen
wurde, überlappt
wird, so dass keine Stelle zurückbleibt,
wo kein Klebstoff 22 aufgetragen ist. Der Eckabschnitt wird
passiert, um den Kreuzungspunkt 15d zu erreichen. Am Kreuzungspunkt 15d wird
der Klebstoff 22 auch bis zu der Stelle aufgetragen, wo
er den Kreuzungspunkt 15d überlappt, so dass kein Abschnitt
zurückbleibt,
wo kein Klebstoff 22 aufgetragen ist.
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Der
flüssige
Klebstoff 22 wird entlang der Klebstoffaufbringungsnut 14 aufgebracht.
Obwohl im Allgemeinen eine Abgabeeinrichtung für diese Aufbringung verwendet
wird, ist die vorliegende Erfindung nicht so beschränkt, und
es können
auch andere Aufbringungsverfahren, wie ein Siebdrucken und dergleichen,
angewendet werden. Darüber
hinaus weist die Klebstoffaufbringungsnut die Kreuzungspunkte 15 auf.
An den Kreuzungspunkten 15 wird der flüssige Klebstoff 22 übereinander
aufgetragen.
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Wenn
ein solches Aufbringungsverfahren durchgeführt wird, wird nur eine Lage
des Klebstoffs 22 in die Klebstoffaufbringungsnut aufgebracht,
abgesehen von den Kreuzungspunkten 15, während der
Klebstoff 22 an den Kreuzungspunkten 15 (15a, 15b, 15c und 15d)
in zwei Lagen aufgetragen wird (9). In diesem
Zustand wird das Separatorelement über eine aufgetragene Klebstofffläche mit
dem benachbarten Element zusammengefügt.
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Bei
diesem Separatorelement-Anfügungsverfahren
ist die Menge des Klebstoffs 22, der an den Kreuzungspunkten 15 (15a, 15b, 15c und 15d),
wo der Klebstoff 22 doppellagig ist, größer als in den übrigen Abschnitten
der Klebstoffauftragungsnut 14 ohne die Kreuzungspunkte 15.
In manchen Fällen
ist die Menge des Klebstoffs 22 zu groß. Wenn das Separatorelement
angefügt
wird, ist ein Auffangspeicherabschnitt erforderlich, um den überschüssigen Klebstoff 22 zu
entfernen. Ohne den Auffangspeicherabschnitt kann der Klebstoff 22 über die
konvexe Wand 12 hinweg und zur Oberfläche auf der konvexen Wand 12 fließen. Ferner
kann der Klebstoff 22 die Innenfläche des Verteilerrohrs 80 erreichen.
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Im
zweiten Separatorelement 20 der vorliegenden Ausführungsform
sind die Führungswege 16 (16a, 16b, 16c und 16d)
der konvexen Wände 12 so vorgesehen,
dass sie in Richtung auf die Kreuzungspunkte 15 (15a, 15b, 15c und 15d)
verlaufen, so dass der überschüssige Klebstoff 22 an
den Kreuzungspunkten 15 zu den Führungswegen 16 geführt und ausgetrieben
wird, wenn das Separatorelement angefügt wird. An diesem Punkt ist
es auch bevorzugt, dass durch die Verringerung des Drucks am Umfang eines
Anfügungselements
des Separatorelements und des benachbarten Elements, besonders in
der Nähe
der Öffnungen
der Führungswege 16,
der überschüssige Klebstoff 22 aktiv
in die Führungswege 16 gezogen
wird.
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Wie
oben beschrieben, sind die Führungswege 16 der
konvexen Wände 12 so
vorgesehen, dass sie an die Kreuzungspunkte 15 anschließen, so dass
der überschüssige Klebstoff 22 zu
den Führungswegen 16 geführt wird,
und auch an den Kreuzungspunkten 15 vermieden werden kann,
dass die Menge des Klebstoffs 22 zu viel wird, wodurch
es möglich
ist, eine geeignete Aufbringungsmenge des Klebstoffs 22 zu
gewährleisten.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
kann der aufgetragene Klebstoff aktiv geführt und bewältigt werden. Da der Führungsweg 16 die
Klebstoffaufbringungsnut 14 außerdem mit der Außenseite
des Separatorelements verbindet, kann der Klebstoff 22 vom
Führungsweg 16 zur
Außenseite
des Separatorelements geführt
werden, so dass der Klebstoff 22 aus den Öffnungen
aus dem Separatorelement ausgetrieben werden kann. In einem solchen
Fall kann es auch bevorzugt sein, dass der Druck in der Nähe der Öffnungen
verringert ist, um den überschüssigen Klebstoff 22 aktiv
aus den Öffnungen
auszutragen. Somit kann der überschüssige Klebstoff 22 an
einen gewünschten
Ort geführt
werden. Da der Klebstoff 22 von bestimmten Orten, die den
Führungswegen 16 entsprechen,
ausgetragen wird, muss der Klebstoff 22 nur in der anderen
Oberfläche
des Separatorelements, die den speziellen Punkten entspricht, entgratet
werden. Daher kann ein Entgratungsverfahren vereinfacht werden.
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Die
Führung
des Klebstoffs 22 durch die konvexen Wände 12 und die Führungswege 16 erleichtert
die Entfernung des überschüssig aufgetragenen Klebstoffs 22.
Somit ist es möglich,
zu verhindern, dass der aufgetragene Klebstoff 22 aus den
Auftragungs bereichen überfließt, wenn
das Separatorelement angefügt
wird. Es ist auch möglich,
Nachteile dahingehend zu vermeiden, dass der Klebstoff 22, der
aus den Auftragungsbereichen überfließt, die MEA
erreicht, wo er die Leistungserzeugung der Brennstoffbatterie beeinträchtigt,
oder dass der Klebstoff 22 in das Verteilerrohr 80 überläuft. Darüber hinaus
ist es nicht notwendig, ein kompliziertes Entgratungsverfahren im
Verteilerrohr 80 durchzuführen.
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Ferner
ist, wenn das Separatorelement ein Metallseparator ist, eine Antikorrosionsschicht
allgemein auf der Innenfläche
des Verteilerrohrs vorgesehen. Daher besteht üblicherweise die Gefahr, dass die
Antikorrosionsschicht sich löst,
falls der Klebstoff, der an der Innenfläche des Verteilerrohrs haftet,
entgratet wird, dieser Nachteil kann entsprechend der vorliegenden
Erfindung ebenfalls vermieden werden.
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Wenn
die konkave Vertiefung 17 in der Bodenfläche der
Führungswege 16c vorgesehen
ist, kann die Vertiefung 17 insbesondere den Klebstoff darin
aufnehmen. Somit kann der überschüssige Klebstoff 22 in
der Vertiefung 17 aufgenommen werden, wenn das Separatorelement
angefügt
wird. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass der Klebstoff 22 durch
die Führungswege 16c zur
Außenseite des
Separatorelements fließt,
wodurch jede Notwendigkeit für
ein Entgratungsverfahren an diesen Stellen entfällt.
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Wenn
der Führungsweg 16e im
Separatorelement vorgesehen wird, wird der Ort des Führungswegs 16e vorzugsweise
im Hinblick auf die Möglichkeit
eines Überlaufens
des Klebstoffs 22 gewählt. Beispielsweise
ist es vorstellbar, dass das Separatorelement eine Verformung bewirkt
und dass der verformte Teil sich wölbt, so dass der Klebstoff 22 während des
Zusammenfügungsverfahrens überläuft. Angesichts
dieser Möglichkeit
ist es wünschenswert, die
Führungswege 16 in
Teilen, wo es leichter zu einer Verformung kommt, anzuordnen. Zu
einer Verformung kommt es insbesondere dann leicht, wenn das Separatorelement
ein Metallseparator ist, und die Bereitstellung des Führungswegs 16 ist
daher in den Teilen, wo es leicht zu einer Verformung kommt, wirksam.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass der Ort, wo der Klebstoff 22 geführt wird,
der Führungsweg 16 und/oder
die konkave Vertiefung 17 sein kann. Ob eines oder beide
dieser Merkmale in dem Separatorelement vorgesehen werden, kann
angesichts der Ausgewogenheit von Herstellungsfreundlichkeit usw. entschieden
werden.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Die
vorliegende Erfindung kann allgemein auf einen Separator einer Brennstoffbatterie
vom Festpolymertyp, vom Phosphorsäuretyp, vom Carbonatschmelzetyp,
vom Festoxidtyp oder dergleichen angewendet werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In
einem Separatorelement, das mit einem benachbarten Element, das
ihm benachbart ist, mit einem Klebstoff in Zellenstapelrichtung
zusammengefügt
werden soll, sind Führungswege
vorgesehen, um den Klebstoff der auf eine Anfügungsfläche des Separatorelements,
das mit dem benachbarten Element zusammengefügt werden soll, aufgebracht wird,
in einer bestimmten Richtung zu führen. Somit wird überschüssiger Klebstoff
zu dem Führungsweg geführt und
damit zusammenhängende
Nachteile während
der Zusammenfügung
können
eliminiert werden.