JP2007200665A - Manufacturing method and manufacturing device of fuel cell separator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池用セパレータの製造方法および製造装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a fuel cell separator.
燃料電池の単セルは、燃料ガスと酸化剤ガス等とを分離するためのセパレータを有する。セパレータは、燃料ガスや酸化剤ガス等を流通させるための流路溝を有し、粉末状の成形材料をプレス成形することで製造される（例えば、特許文献１参照。）。
しかし、流路溝の構造が複雑であるため、成形型のキャビティ面の形状が微細となり、成形材料を均等に充填することが困難である。そのため、セパレータの板厚精度にムラを生じ、また、面密度が低い部位を生じる問題を有する。したがって、ガスバリア性を確保しつつセパレータを薄肉化することが困難であり、セル構造を薄型化し、燃料電池の性能（出力密度）を向上させることは、容易ではない。 However, since the structure of the channel groove is complicated, the shape of the cavity surface of the mold becomes fine, and it is difficult to uniformly fill the molding material. Therefore, there is a problem that unevenness occurs in the plate thickness accuracy of the separator, and a portion having a low surface density is generated. Therefore, it is difficult to reduce the thickness of the separator while ensuring gas barrier properties, and it is not easy to reduce the cell structure and improve the performance (power density) of the fuel cell.
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、良好な板厚精度かつ均一な面密度を有する燃料電池用セパレータの製造方法および製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the problems associated with the above-described prior art, and an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for manufacturing a fuel cell separator having good plate thickness accuracy and uniform surface density. To do.
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
燃料電池用セパレータの外形形状に対応するキャビティ面を有する成形型に、黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる粉末状の成形材料と、溶媒とが混合されたスラリーを、供給するための原料供給工程、
前記成形材料から前記溶媒を分離かつ除去するための溶媒除去工程、および、
前記成形材料を、昇温状態において前記成形型によって圧縮成形するための加熱圧縮工程
を有することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法である。
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1
A raw material supply step for supplying a slurry in which a powdery molding material containing graphite and a binder resin and a solvent are mixed into a mold having a cavity surface corresponding to the outer shape of the fuel cell separator,
A solvent removal step for separating and removing the solvent from the molding material; and
A method for producing a fuel cell separator, comprising: a heating and compressing step for compressing and molding the molding material with the molding die in a temperature rising state.
上記目的を達成するための請求項１１に記載の発明は、
燃料電池用セパレータの外形形状に対応するキャビティ面を有する成形型、
黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる粉末状の成形材料と、溶媒とが混合されたスラリーを、前記成形型に供給するための原料供給手段、
前記成形材料から前記溶媒を分離かつ除去するための溶媒除去手段、
前記成形材料を、昇温させるための加熱手段、および、
前記加熱手段によって昇温状態にある前記成形材料を、前記成形型によって圧縮成形するための加圧手段
を有することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造装置である。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 11 provides:
A mold having a cavity surface corresponding to the outer shape of the fuel cell separator,
Raw material supply means for supplying a slurry in which a powdery molding material containing graphite and a binder resin and a solvent are mixed to the mold,
A solvent removal means for separating and removing the solvent from the molding material;
Heating means for heating the molding material, and
An apparatus for manufacturing a fuel cell separator, comprising pressurizing means for compressing the molding material heated by the heating means with the molding die.
請求項１に記載の発明によれば、セパレータの成形材料と溶媒とが混合されたスラリーが、成形型に供給される。スラリーは、粉末状材料に比べて、良好なつきまわり性を有するため、成形型のキャビティ面の形状が微細であっても、均等に充填される。成形材料は、成形型のキャビティ面に、均等に配置されるため、成形材料を加熱圧縮して得られる成形品の板厚精度は、良好となり、また、面密度は、均一となる。一方、溶媒は、その後、分離かつ除去されるため、成形品の性能に対する影響が抑制される。つまり、良好な板厚精度かつ均一な面密度を有する燃料電池用セパレータの製造方法を提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, the slurry in which the separator molding material and the solvent are mixed is supplied to the molding die. Since the slurry has better throwing power than the powdery material, the slurry is evenly filled even if the shape of the cavity surface of the mold is fine. Since the molding material is evenly arranged on the cavity surface of the molding die, the plate thickness accuracy of the molded product obtained by heating and compressing the molding material becomes good, and the surface density becomes uniform. On the other hand, since a solvent is isolate | separated and removed after that, the influence with respect to the performance of a molded article is suppressed. That is, the manufacturing method of the separator for fuel cells which has favorable board thickness precision and uniform surface density can be provided.
請求項１１に記載の発明によれば、原料供給手段によって、セパレータの成形材料と溶媒とが混合されたスラリーを、成形型に充填することが可能である。スラリーは、粉末状材料に比べて、良好なつきまわり性を有するため、成形型のキャビティ面の形状が微細であっても、均等に充填されることとなる。成形材料は、成形型のキャビティ面に、均等に配置されるため、加熱手段および加圧手段によって、成形材料を加熱圧縮して得られる成形品の板厚精度を、良好とし、また、面密度を、均一とすることができる。一方、溶媒は、その後、溶媒除去手段により分離かつ除去されることによって、成形品の性能に対する影響を抑制することが可能である。つまり、良好な板厚精度かつ均一な面密度を有する燃料電池用セパレータの製造装置を提供することができる。 According to the eleventh aspect of the present invention, the slurry in which the separator molding material and the solvent are mixed can be filled in the molding die by the raw material supply means. Since the slurry has better throwing power than the powdery material, the slurry is evenly filled even if the shape of the cavity surface of the mold is fine. Since the molding material is evenly arranged on the cavity surface of the molding die, the thickness accuracy of the molded product obtained by heating and compressing the molding material by the heating means and pressurizing means is improved, and the surface density Can be made uniform. On the other hand, the solvent is then separated and removed by the solvent removing means, thereby suppressing the influence on the performance of the molded product. That is, it is possible to provide a fuel cell separator manufacturing apparatus having a good plate thickness accuracy and a uniform surface density.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、実施の形態１に係る燃料電池を説明するための分解図、図２は、図１に示されるセパレータを説明するための平面図である。 FIG. 1 is an exploded view for explaining the fuel cell according to Embodiment 1, and FIG. 2 is a plan view for explaining the separator shown in FIG.
実施の形態１に係る燃料電池は、単セルを多数積層してなる積重ね体の形態で、例えば、自動車の駆動源として使用される。単セルは、水の電気分解の逆の原理を利用し、水素と酸素とを反応させて水を得る過程で電気を得ることができる電池であり、固体高分子電解質膜５０、ガス拡散層６０，６５およびセパレータ１０，３０を有する。
The fuel cell according to Embodiment 1 is in the form of a stacked body formed by stacking a large number of single cells, and is used as, for example, a driving source of an automobile. A single cell is a battery that uses the reverse principle of water electrolysis and can obtain electricity in the process of obtaining water by reacting hydrogen and oxygen, and includes a solid
ガス拡散層６０，６５は、フレーム６２，６７に支持され、固体高分子電解質膜５０の両面に配置される。
The
セパレータ１０，３０は、熱硬化性樹脂からなるバインダー樹脂と、導電性粉末である黒鉛との成形体であり、密閉部材７０，７２を介して、ガス拡散層６０，６５の外面に配置される。バインダー樹脂は、熱硬化した状態で、成形体に含まれている。バインダー樹脂の含有量は、例えば、１０〜３０ｗｔ％であり、黒鉛の含有量は、その残余（９０〜３０ｗｔ％）である。
The
セパレータ１０は、発生した電気が流れる電気伝導面である上部面１１および下部面１６と、上部面１１および下部面１６を取り囲んでいる側面２１とを有する。上部面１１は、隣接する単セルのセパレータ３０と相対し、かつ冷却水を流通させるための流路溝１３が形成されている。セパレータ１０と隣接する単セルのセパレータ３０との間には、密閉部材７４が配置されている。下部面１６は、ガス拡散層６０と相対し、酸化剤ガス（空気）を流通させるための流路溝１８が形成されている。
The
セパレータ３０は、発生した電気が流れる電気伝導面である上部面３１および下部面３６と、上部面３１および下部面３６を取り囲んでいる側面４１とを有する。上部面３１は、燃料ガス（水素）を流通させるための流路溝３３が形成されている。下部面３６は、略平坦であり、隣接する単セルのセパレータ１０と相対している。
The
成形材料に含まれる黒鉛は、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛である。成形材料に含まれるバインダー樹脂は、経済性、作業性、成形性、物性（耐酸性、耐熱性、流体不透過性）などに優れているフェノール樹脂が好ましいが、メラミン樹脂やポリアミド樹脂などの熱硬化性樹脂を適用することも可能である。 The graphite contained in the molding material is, for example, natural graphite, artificial graphite, or expanded graphite. The binder resin contained in the molding material is preferably a phenol resin excellent in economic efficiency, workability, moldability, physical properties (acid resistance, heat resistance, fluid impermeability), etc., but heat such as melamine resin and polyamide resin is preferable. It is also possible to apply a curable resin.
なお、バインダー樹脂および黒鉛は、セパレータ１０，３０の製造の際、溶媒と混合され、スラリー状の原料として、使用されている。溶媒は、成形品の性能に対する影響を抑制するため、その後、除去されている。
In addition, the binder resin and graphite are mixed with a solvent when the
流路溝１３，１８，３３の形状および配置は、図２の構成に限定されず、ガスの拡散性、圧力損失、生成水の排出性、冷却性能等を考慮し、適宜設定される。密閉部材７０，７２，７４は、酸化剤ガスおよび燃料ガスの漏出を抑制するために配置されており、例えば、ガスケットや接着シールによって構成することが可能である。
The shape and arrangement of the
図３は、実施の形態１に係るセパレータ製造装置を説明するための断面図である。セパレータ１０に係る製造装置と、セパレータ３０に係る製造装置とは、成形型の形状が概して異なるのみであるため、セパレータ１０の場合で代表させることで、重複をさける。
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the separator manufacturing apparatus according to the first embodiment. The manufacturing apparatus according to the
セパレータ製造装置１００は、成形型（上型１１０および下型１１５）、原料供給装置１４０、加熱装置１５０，１５５、加圧機構１６０、溶媒除去機構および制御装置１７０を有する。
上型１１０および下型１１５は、一体として、セパレータ１０の外形形状に対応するキャビティ面を有する。
The
詳述すると、上型１１０は、下型１１５に対して近接離間可能に配置され、セパレータ１０の上部面１１に対応するキャビティ面１１１を有する。キャビティ面１１１は、上部面１１の流路溝１３および頂面１４と位置合わされた凸部１１３および凹部１１４を有する。下型１１５は、固定式に配置され、セパレータ１０の下部面１６に対応するキャビティ面１１６を有する。キャビティ面１１６は、下部面１６の流路溝１８および頂面１９と位置合わされた凸部１１８および凹部１１９を有する。
More specifically, the
なお、セパレータ３０に係る製造装置の場合、上型１１０のキャビティ面１１１は、セパレータ３０の下部面３６と対応し、略平坦となる。
In the case of the manufacturing apparatus related to the
原料供給装置１４０は、混合貯留槽１４２、配管系１４４およびスラリーポンプ１４８を有し、黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる粉末状の成形材料と、溶媒とが混合されたスラリーを、下型１１５に供給するために使用される。スラリーにおける溶媒の含有量は、例えば、３０〜５０ｗｔ％である。
The raw
スラリーは、粉末状材料に比べて、良好なつきまわり性を有するため、下型１１５のキャビティ面１１６の形状が微細であっても、均等に充填される。なお、溶媒の量を削減することによって、スラリーの粘度が大きい場合、必要に応じて、充填表面を平滑化することも好ましい。
Since the slurry has better throwing power than the powder material, even if the shape of the
溶媒は、除去を容易にするために、揮発性液体からなる。揮発性液体は、バインダー樹脂を効率的に溶解する点、および、バインダー樹脂の熱硬化温度より大幅に低い沸点を有し、略完全に除去可能である点を考慮し、アルコール類や、アセトンなどのケトン類が、好ましい。 The solvent consists of a volatile liquid to facilitate removal. Considering the point that volatile liquid dissolves the binder resin efficiently and has a boiling point that is significantly lower than the thermosetting temperature of the binder resin and can be removed almost completely, alcohols, acetone, etc. The ketones are preferred.
混合貯留槽１４２は、例えば、往復動する２枚の羽根を有し、投入される成形材料および溶媒を、混合し、スラリー化する。スラリー化機構は、特に限定されないが、黒鉛粒子の破砕（微粒化）および気泡の混入を避け得ることが好ましい。
The mixing
配管系１４４は、混合貯留槽１４２に接続される連結部１４５、および、下型１１５のキャビティ面１１６の上方に位置決め自在の吐出部１４６を有する。吐出部１４６の近傍の配管系１４４は、屈曲性を有し、吐出部１４６の位置決めを容易としている。
The
スラリーポンプ１４８は、配管系１４４の途中に配置され、混合貯留槽１４２に貯留されるスラリーを、輸送し、吐出部１４６を経由し、下型１１５のキャビティ面１１６に供給するために、使用される。ポンプ形式は、特に限定されないが、黒鉛粒子の破砕を避け得ることが好ましい。
The
加熱装置１５０，１５５は、上型１１０および下型１１５の内部に配置されるカートリッジヒータからなり、上型１１０および下型１１５を加熱するために使用される。加熱された上型１１０および下型１１５は、伝熱により供給される熱によって、成形材料を、昇温させ、バインダー樹脂の熱硬化温度以上に到達させる。
The
上型１１０の加熱装置１５０は、必要に応じ、省略することも可能である。加熱装置１５０，１５５は、抵抗加熱を利用する形態に限定されず、高温の油等の加熱流体、電磁誘導加熱、超音波加熱等を適宜適用することも可能である。
The
加圧機構１６０は、例えば、油圧シリンダ装置を有しており、下型１１５と連携させて上型１１０を駆動し、加熱装置１５０，１５５によって昇温状態にある成形材料を、上型１１０および下型１１５によって、圧縮成形するために使用される。
The
成形材料は、下型１１５のキャビティ面１１６に、均等に配置されるため、加熱装置１５０，１５５および加圧機構１６０によって、成形材料を加熱圧縮して得られる成形品の板厚精度を、良好とし、また、面密度を、均一とすることができる。
Since the molding material is evenly arranged on the
したがって、ガスバリア性を確保しつつセパレータを薄肉化することが容易であり、セル構造を薄型化し、燃料電池の性能（出力密度）を向上させることが可能となる。 Therefore, it is easy to reduce the thickness of the separator while ensuring gas barrier properties, and it is possible to reduce the cell structure and improve the performance (power density) of the fuel cell.
溶媒除去機構は、成形材料を加熱圧縮する前において、成形材料から溶媒を分離かつ除去することで、成形品の性能に対する影響を抑制するために使用される。性能に対する影響は、例えば、溶媒の気化ガスが巻き込まれることに基づく、面欠陥などの品質不良の発生である。 The solvent removal mechanism is used to suppress the influence on the performance of the molded product by separating and removing the solvent from the molding material before heating and compressing the molding material. The influence on the performance is, for example, the occurrence of a quality defect such as a surface defect based on the entrainment of the vaporized gas of the solvent.
スラリーは、下型１１５に充填される一方、加熱装置１５５は、下型１１５を昇温させることが可能である。したがって、スラリーに含まれる溶媒を、加熱された下型１１５からの伝熱により供給される熱によって、気化させることが可能である。つまり、溶媒除去機構は、加熱装置１５５および下型１１５を利用する気化手段からなり、独立した装置が不要であるため、設備費を抑制することが可能である。
While the slurry is filled in the
制御装置１７０は、原料供給、溶媒除去および加熱圧縮を管理するために、設けられており、スラリーポンプ１４８、加熱装置１５０，１５５および加圧機構１６０に接続されている。
The
詳述すると、制御装置１７０は、スラリーポンプ１４８の作動時間を管理するために使用される。作動時間は、下型１１５のキャビティ面１１６に供給されるスラリーに含まれる成形材料が、セパレータ１０を構成するために必要とされる量に一致するように設定される。
Specifically, the
また、制御装置１７０は、成形材料を加熱圧縮する前において、加熱装置１５５の温度を、管理するために使用される。加熱装置１５５の温度は、下型１１５のキャビティ面１１６に供給されるスラリーから、バインダー樹脂の熱硬化温度以下で溶媒を気化させることによって、成形材料から溶媒を分離かつ除去するように、設定される。
The
さらに、制御装置１７０は、加圧機構１６０を操作し、上型１１０および下型１１５による型締めおよび圧縮成形を制御する一方、加熱装置１５０，１５５を操作し、バインダー樹脂の熱硬化に必要な温度を管理することで、セパレータ１０を加熱圧縮成形するために使用される。
Further, the
次に、実施の形態１に係るセパレータ製造方法を説明する。図４は、原料供給工程を説明するための断面図、図５は、溶媒除去工程を説明するための断面図、図６は、加熱圧縮工程を説明するための断面図である。 Next, a separator manufacturing method according to Embodiment 1 will be described. 4 is a cross-sectional view for explaining the raw material supply step, FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the solvent removal step, and FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the heat compression step.
実施の形態１に係るセパレータ製造方法は、原料供給工程、溶媒除去工程および加熱圧縮工程を有する。 The separator manufacturing method according to Embodiment 1 includes a raw material supply step, a solvent removal step, and a heat compression step.
原料供給工程においては、燃料電池用セパレータ１０の外形形状に対応するキャビティ面１１６を有する下型１１５に、黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる粉末状の成形材料と、溶媒とが混合されたスラリーが、供給される。溶媒除去工程においては、成形材料から溶媒が分離かつ除去される。加熱圧縮工程においては、成形材料が、昇温状態において、上型１１０および下型１１５によって圧縮成形される。
In the raw material supply step, a slurry in which a powdery molding material containing graphite and a binder resin and a solvent are mixed with a
詳述すると、まず、原料供給装置の配管系の吐出部１４６が、待機位置から移動され、型開きされている下型１１５のキャビティ面１１６の上方に配置される。制御装置は、配管系の途中に配置されるスラリーポンプ１４８を稼動させる。
More specifically, first, the
スラリーポンプ１４８は、混合貯留槽に貯留されるスラリーを、輸送し、吐出部１４６を経由し、下型１１５のキャビティ面１１６に供給する（図４参照）。スラリーは、粉末状材料に比べて、良好なつきまわり性を有するため、下型１１５のキャビティ面１１６の形状が微細であっても、均等に充填される。
The
制御装置は、スラリーポンプ１４８の作動時間が設定値に達し、供給されたスラリーに含まれる成形材料が、セパレータ１０を構成するために必要とされる量に一致すると、スラリーポンプ１４８を停止させる。吐出部１４６は、上型１１０および下型１１５による型締めの妨げとならないように、待機位置に復帰する。
When the operating time of the
タイムサイクルを短縮化するために、制御装置１７０からの指示により、加熱装置１５５の温度が調整されており、下型１１５は予備昇温している。
In order to shorten the time cycle, the temperature of the
したがって、加熱された下型１１５からの伝熱により供給される熱によって、下型１１５のキャビティ面１１６に供給されたスラリーに含まれる溶媒が気化することで、成形材料Ｍから溶媒が分離かつ除去される（図５参照）。つまり、原料供給工程と溶媒除去工程とは、部分的に重なっており、原料供給の完了前から、溶媒の気化が開始する。
Therefore, the solvent contained in the slurry supplied to the
スラリーは、下型１１５のキャビティ面１１６に均等に充填されているため、溶媒の気化の後において、スラリーに含まれていた成形材料Ｍは、下型１１５のキャビティ面１１６に、均等に配置されることになる。
Since the slurry is uniformly filled in the
溶媒は、成形材料を加熱圧縮する前において、除去されるため、成形品の性能に対する影響、例えば、溶媒の気化ガスが巻き込まれることに基づく、面欠陥などの品質不良の発生が、効率的に抑制される。なお、予備昇温は、適宜省略することも可能である。 Since the solvent is removed before the molding material is heat-compressed, the influence on the performance of the molded product, for example, the occurrence of poor quality such as surface defects due to the entrainment of the vaporized gas of the solvent is efficiently performed. It is suppressed. The preliminary temperature rise can be omitted as appropriate.
制御装置１７０は、加圧機構１６０を操作し、上型１１０および下型１１５による型締めおよび圧縮成形を制御する一方、加熱装置１５０，１５５を操作し、バインダー樹脂の熱硬化に必要な温度を管理することで、セパレータ１０を加熱圧縮成形する（図６参照）。
The
詳述すると、加圧機構１６０は、上型１１０を降下させ、型締めする。加圧機構１６０は、上型１１０をさらに降下させ、下型１１５のキャビティ面１１６に配置されている成形材料Ｍを、加圧圧縮する。
More specifically, the
上型１１０のキャビティ面１１１は、セパレータ１０の上部面１１に対応しており、上部面１１の流路溝１３および頂面１４と位置合わされた凸部１１３および凹部１１４を有する。下型１１５のキャビティ面１１６は、セパレータ１０の下部面１６に対応しており、下部面１６の流路溝１８および頂面１９と位置合わされた凸部１１８および凹部１１９を有する。したがって、成形材料Ｍは、セパレータ１０の外形形状と同一の形状を呈することとなる。
The
一方、加熱装置１５０，１５５は、上型１１０および下型１１５を加熱することで、上型１１０および下型１１５からの伝熱により供給される熱によって、成形材料Ｍの温度を、バインダー樹脂の熱硬化温度以上に上昇させ、成形材料Ｍに含まれるバインダー樹脂を熱硬化させる。
On the other hand, the
この際、成形材料Ｍは、下型１１５のキャビティ面１１６と上型１１０のキャビティ面１１１によって形成される空間に、均等に配置されているため、成形材料Ｍを加熱圧縮して得られる成形品の板厚精度は、良好となり、また、面密度は、均一となる。したがって、ガスバリア性を確保しつつセパレータを薄肉化することが容易であり、セル構造を薄型化し、燃料電池の性能（出力密度）を向上させることが可能となる。
At this time, since the molding material M is evenly arranged in the space formed by the
加熱圧縮成形が完了すると、制御装置１７０からの指示により、加圧機構１６０は、上型１１０および下型１１５を型開きし、その後、成形体（セパレータ）が取り出される。成形体は、取り出し直後において、高温であるため、例えば、軸流ファンなどの送風機によって冷却される。
When the heat compression molding is completed, the
以上のように、実施の形態１は、良好な板厚精度かつ均一な面密度を有する燃料電池用セパレータの製造方法および製造装置を提供することができる。 As described above, the first embodiment can provide a method and an apparatus for manufacturing a fuel cell separator having good plate thickness accuracy and uniform surface density.
なお、下型１１５の予備昇温をせず、スラリーの供給完了後に、下型１１５を昇温することで、原料供給工程と溶媒除去工程の部分的な重なりを、解消することも可能である。また、溶媒除去機構は、必要に応じ、独立した装置とすることも可能である。
It is also possible to eliminate the partial overlap between the raw material supply step and the solvent removal step by raising the temperature of the
次に、実施の形態２を説明する。 Next, a second embodiment will be described.
図７は、実施の形態２に係るセパレータ製造装置およびセパレータ製造方法を説明するための断面図である。なお、実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。 FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the separator manufacturing apparatus and the separator manufacturing method according to the second embodiment. In addition, about the member which has the function similar to Embodiment 1, the same code | symbol is used and in order to avoid duplication, the description is abbreviate | omitted.
実施の形態２は、成形材料から分離かつ除去された溶媒を回収するための溶媒回収装置および溶媒回収工程を有する点で、実施の形態１と概して異なる。 The second embodiment is generally different from the first embodiment in that it includes a solvent recovery device and a solvent recovery step for recovering the solvent separated and removed from the molding material.
実施の形態２に係る溶媒回収装置２８０は、フード２８２、ダクトホース２８４および回収部２８６を有する。
The
フード２８２は、下型２１５のキャビティ面２１６より大きなサイズを有する開口部２８３を有し、ダクトホース２８４が接続されている。ダクトホース２８４は、屈曲性を有しており、フード２８２は、下型２１５のキャビティ面２１６の上方に位置決め自在である。回収部２８６は、例えば、溶媒の気化ガスを吸引するための減圧機構、および吸引した気化ガスを凝縮させるためのコンデンサを有する。
The
したがって、加熱装置２５５によって昇温されている下型２１５に、スラリーが充填された後で、フード２８２を下型２１５のキャビティ面２１６の上方に位置決めする場合、スラリーに含まれる溶媒の気化ガスは、フード２８２の開口部２８３に導入され、外部に漏出することが抑制されるため、業環環境を向上させることが可能である。
Therefore, when the
また、気化ガスは、ダクトホース２８４を経由し、回収部２８６に吸引されると、回収部２８６のコンデンサによって、凝縮させることが可能である。気化ガスの凝縮液つまり回収された溶媒を、成形材料をスラリー化するために再利用する場合、ランニングコストの上昇を抑制することができる。
Further, when the vaporized gas is sucked into the
次に、実施の形態２に係るセパレータ製造方法を説明する。 Next, a separator manufacturing method according to Embodiment 2 will be described.
まず、実施の形態１の原料供給工程と同様に、下型２１５に、成形材料と溶媒とが混合されたスラリーが、供給される（図４参照）。 First, similarly to the raw material supply process of the first embodiment, a slurry in which a molding material and a solvent are mixed is supplied to the lower mold 215 (see FIG. 4).
溶媒回収装置２８０のフード２８２が、下型２１５のキャビティ面２１６の上方に位置決めされる。回収部２８６の減圧機構が稼動し、フード２８２の開口部２８３を経由する減圧吸引が開始される。
The
一方、加熱装置２５５によって加熱された下型２１５からの伝熱により供給される熱によって、下型２１５のキャビティ面２１６に供給されたスラリーに含まれる溶媒が気化することで、成形材料から溶媒が分離かつ除去される。
On the other hand, the solvent contained in the slurry supplied to the
溶媒の気化ガスは、フード２８２の開口部２８３に導入される。気化ガスは、外部に漏出することが抑制されるため、業環環境が向上する。また、気化ガスは、ダクトホース２８４を経由し、回収部２８６に吸引されると、回収部２８６のコンデンサによって、凝縮される。つまり、溶媒除去工程と溶媒回収工程とは、一体化している。
The solvent vaporized gas is introduced into the
溶媒の気化が完了し、スラリーに含まれていた成形材料が、下型２１５のキャビティ面２１６に、均等に配置されると、実施の形態１の加熱圧縮工程と同様に、セパレータ１０が加熱圧縮成形される（図６参照）。
When the vaporization of the solvent is completed and the molding material contained in the slurry is evenly arranged on the
なお、回収された溶媒は、成形材料をスラリー化するために再利用される。したがって、ランニングコストの上昇が抑制される。 The recovered solvent is reused to make the molding material into a slurry. Therefore, an increase in running cost is suppressed.
以上のように、実施の形態２は、溶媒を回収することによって、作業環境の向上およびランニングコストの抑制を、図ることが可能である。 As described above, in the second embodiment, it is possible to improve the working environment and suppress the running cost by recovering the solvent.
なお、原料供給装置の配管系の吐出部と、フード２８２とを一体化することで、スラリーの供給開始時から、スラリーに含まれている溶媒の気化ガスを回収することも好ましい。また、フード２８２と下型２１５との間に適当なシール部材を配置し、溶媒の気化ガスの漏出を、さらに抑制することも好ましい。
In addition, it is also preferable to collect the vaporized gas of the solvent contained in the slurry from the start of the slurry supply by integrating the discharge unit of the piping system of the raw material supply device and the
次に、実施の形態３を説明する。 Next, a third embodiment will be described.
図８は、実施の形態３に係るセパレータ製造装置およびセパレータ製造方法を説明するための断面図である。なお、実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。 FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the separator manufacturing apparatus and separator manufacturing method according to the third embodiment. In addition, about the member which has the function similar to Embodiment 1, the same code | symbol is used and in order to avoid duplication, the description is abbreviate | omitted.
実施の形態３は、成形型の構造が変更されており、溶媒除去工程と加熱圧縮工程とが部分的に重なっている点で、実施の形態１と概して異なる。 The third embodiment is generally different from the first embodiment in that the structure of the mold is changed and the solvent removal step and the heat compression step partially overlap.
詳述すると、実施の形態３に係るセパレータ製造装置は、上型３１０のキャビティ面３１１に配置される多孔性部材３２０を有する。多孔性部材３２０は、溶媒の気化ガスの透過性を有し、例えば、発泡金属、焼結金属あるいは微細孔が加工された金属からなる。
More specifically, the separator manufacturing apparatus according to Embodiment 3 includes a
したがって、上型３１０および下型３１５を型締めし、加熱圧縮成形する際に、加熱装置３５０，３５５によって昇温されている上型３１０および下型３１５からの伝熱により供給される熱によって、下型３１５のキャビティ面３１６に供給されたスラリーに含まれる溶媒が気化し、多孔性部材３２０を経由して外部に排出されることで、成形材料から溶媒を分離かつ除去することができる。つまり、加熱圧縮の初期段階において、溶媒を確実に除去することが可能である。
Therefore, when the
次に、実施の形態３に係るセパレータ製造方法を説明する。 Next, a separator manufacturing method according to Embodiment 3 will be described.
まず、実施の形態１の原料供給工程と同様に、下型３１５に、成形材料と溶媒とが混合されたスラリーが、供給される（図４参照）。 First, similarly to the raw material supply process of the first embodiment, a slurry in which a molding material and a solvent are mixed is supplied to the lower mold 315 (see FIG. 4).
スラリーの供給が終了すると、溶媒の気化の完了を待つことなく、制御装置は、加圧機構を操作し、上型３１０および下型３１５による型締めおよび圧縮成形を制御する一方、加熱装置３５０，３５５を操作し、バインダー樹脂の熱硬化に必要な温度を管理する。
When the supply of the slurry is completed, the control device operates the pressurizing mechanism to control the clamping and compression molding by the
この際、上型３１０および下型３１５からの伝熱により供給される熱によって、上型３１０のキャビティ面３１１と下型３１５のキャビティ面３１６との間に形成される空間に位置するスラリーに含まれる溶媒が気化する。
At this time, it is included in the slurry located in the space formed between the
溶媒の気化ガスは、多孔性部材３２０を経由して外部に排出されるため、成形材料から溶媒が分離かつ除去される。なお、溶媒が気化する（溶媒が存在する）間は、成形材料の温度は、略一定に維持されるため、成形材料に含まれるバインダー樹脂の熱硬化は、開始しない。
Since the vaporized gas of the solvent is discharged to the outside through the
溶媒の気化の完了に伴って、残留している成形材料の温度上昇が開始し、実施の形態１の加熱圧縮工程と同様に、セパレータ１０が加熱圧縮成形される。つまり、実施の形態３に係る加熱圧縮工程は、溶媒除去工程を含んでおり、溶媒が確実に除去される。
As the vaporization of the solvent is completed, the temperature of the remaining molding material starts increasing, and the
以上のように、実施の形態３は、溶媒を確実に除去することが可能である。また、多孔性部材３２０は、成形材料が加熱圧縮されて溶融する際に発生する気泡も、排出することが可能であるため、その点においても好ましい。
As described above, Embodiment 3 can reliably remove the solvent. The
なお、上型全体を、必要に応じ、多孔性部材によって構成することも可能である。 In addition, it is also possible to comprise the whole upper mold | type with a porous member as needed.
また、図９に示されるように、実施の形態３に、実施の形態２に係る溶媒回収装置を組み込むことも可能である。この場合、溶媒回収装置のフード４８２は、上型４１０のキャビティ面４１１に配置される多孔性部材４２０の配置面より大きなサイズを有する開口部４８３を有し、多孔性部材４２０の上方に位置決め自在とすることが必要である。
Also, as shown in FIG. 9, the solvent recovery apparatus according to the second embodiment can be incorporated into the third embodiment. In this case, the
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims.
例えば、バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂に限定されず、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂を適用することも可能である。ただし、熱可塑性樹脂が適用される場合、樹脂の軟化点以上の適した溶融温度まで、成形材料を昇温することが必要である。 For example, the binder resin is not limited to a thermosetting resin, and a thermoplastic resin such as polypropylene can also be applied. However, when a thermoplastic resin is applied, it is necessary to raise the temperature of the molding material to a suitable melting temperature above the softening point of the resin.
また、バインダー樹脂の熱硬化温度以下での予備成形を、組み入れることも可能である。この場合、溶媒除去は、予備成形の際に実施することが好ましい。例えば、予備成形用の下型を、実施の形態１のように加熱し、スラリーに含まれる溶媒を、下型からの伝熱により供給される熱によって、気化させたり、予備成形用の上型に、実施の形態２のように多孔性部材を配置し、予備成形の初期段階において、溶媒を除去したりすることが可能である。 It is also possible to incorporate a preform at a temperature lower than the thermosetting temperature of the binder resin. In this case, the solvent removal is preferably carried out during the preforming. For example, the lower mold for preforming is heated as in the first embodiment, and the solvent contained in the slurry is vaporized by heat supplied by heat transfer from the lower mold, or the upper mold for preforming In addition, it is possible to dispose the porous member as in Embodiment 2 and remove the solvent in the initial stage of the preforming.
１０・・セパレータ、
１１・・上部面、
１３・・流路溝、
１４・・頂面、
１６・・下部面、
１８・・流路溝、
１９・・頂面、
２１・・側面、
３０・・セパレータ、
３１・・上部面、
３３・・流路溝、
３６・・下部面、
４１・・側面、
５０・・固体高分子電解質膜、
６０，６５・・ガス拡散層、
６２，６７・・フレーム、
７０，７２，７４・・密閉部材、
１００・・セパレータ製造装置、
１１０・・上型、
１１１・・キャビティ面、
１１３・・凸部、
１１４・・凹部、
１１５・・下型、
１１６・・キャビティ面、
１１８・・凸部、
１１９・・凹部、
１４０・・原料供給装置、
１４２・・混合貯留槽、
１４４・・配管系、
１４５・・連結部、
１４６・・吐出部、
１４８・・スラリーポンプ、
１５０，１５５・・加熱装置、
１６０・・加圧機構、
１７０・・制御装置、
２１５・・下型、
２１６・・キャビティ面、
２５５・・加熱装置、
２８０・・溶媒回収装置、
２８２・・フード、
２８３・・開口部、
２８４・・ダクトホース、
２８６・・回収部、
３１０・・上型、
３１１・・キャビティ面、
３１５・・下型、
３１６・・キャビティ面、
３２０・・多孔性部材、
３５０，３５５・・加熱装置、
４１０・・上型、
４１１・・キャビティ面、
４２０・・多孔性部材、
４８２・・フード、
４８３・・開口部、
Ｍ・・成形材料。
10..Separator
11. The upper surface,
13. ・ Flow channel groove,
14. The top surface,
16. Lower part,
18 .. Channel groove,
19. The top surface,
21 .. Side,
30. ・ Separator,
31 .. Upper surface,
33 .. Channel groove,
36 .. Lower side,
41 .. Side,
50 .. Solid polymer electrolyte membrane,
60, 65 .. Gas diffusion layer,
62, 67 ... frame
70, 72, 74 .. Sealing member,
100..Separator manufacturing equipment,
110 .. Upper mold,
111 .. cavity surface,
113 .. Convex part,
114 .. recess,
115 ... lower mold,
116 .. cavity surface,
118 .. convex part,
119 .. Recess,
140 .. Raw material supply device,
142..Mixed storage tank,
144-Piping system
145 .. connecting part,
146 ..Discharge part,
148..Slurry pump,
150,155 ... Heating device,
160..Pressure mechanism,
170 .. Control device,
215 ... Lower mold,
216 .. cavity surface,
255 .. heating device,
280 ... Solvent recovery device,
282 ... Food
283 .. opening,
284. Duct hose,
286 ... Collection Department,
310 .. Upper mold,
311 .. cavity surface,
315 ... Lower mold,
316 .. cavity surface,
320 .. Porous member,
350, 355 ... Heating device,
410 .. Upper mold,
411 .. cavity surface,
420 .. Porous member,
482 ... Food,
483 .. Opening,
M ·· Molding material.
Claims (16)
前記成形材料から前記溶媒を分離かつ除去するための溶媒除去工程、および、
前記成形材料を、昇温状態において前記成形型によって圧縮成形するための加熱圧縮工程
を有することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。 A raw material supply step for supplying a slurry in which a powdery molding material containing graphite and a binder resin and a solvent are mixed into a mold having a cavity surface corresponding to the outer shape of the fuel cell separator,
A solvent removal step for separating and removing the solvent from the molding material; and
A method for producing a separator for a fuel cell, comprising: a heat compression step for compressing and molding the molding material with the molding die in a temperature rising state.
前記溶媒除去工程において、前記溶媒は、気化することで、前記成形材料から分離かつ除去されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。 The solvent is volatile;
3. The method for producing a fuel cell separator according to claim 1, wherein, in the solvent removing step, the solvent is separated and removed from the molding material by being vaporized. 4.
前記成形材料を、昇温状態において前記成形型によって圧縮成形する際に、前記溶媒は、前記成形材料から分離かつ除去されることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。 The heat compression step includes the solvent removal step,
7. The method for producing a fuel cell separator according to claim 6, wherein the solvent is separated and removed from the molding material when the molding material is compression-molded by the molding die in a temperature rising state. .
前記加熱圧縮工程において、前記溶媒の気化ガスは、前記多孔性部材を経由して、外部に排出されることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。 The cavity surface of the mold has a porous member having permeability of vaporized gas of the solvent,
The method for producing a fuel cell separator according to claim 8, wherein in the heating and compressing step, the vaporized gas of the solvent is discharged to the outside through the porous member.
黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる粉末状の成形材料と、溶媒とが混合されたスラリーを、前記成形型に供給するための原料供給手段、
前記成形材料から前記溶媒を分離かつ除去するための溶媒除去手段、
前記成形材料を、昇温させるための加熱手段、および、
前記加熱手段によって昇温状態にある前記成形材料を、前記成形型によって圧縮成形するための加圧手段
を有することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造装置。 A mold having a cavity surface corresponding to the outer shape of the fuel cell separator,
Raw material supply means for supplying a slurry in which a powdery molding material containing graphite and a binder resin and a solvent are mixed to the mold,
A solvent removal means for separating and removing the solvent from the molding material;
Heating means for heating the molding material, and
An apparatus for producing a separator for a fuel cell, comprising pressurizing means for compressing and molding the molding material heated by the heating means with the molding die.
前記溶媒除去手段は、前記溶媒を気化させることによって、前記成形材料から分離かつ除去するための気化手段からなることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の燃料電池用セパレータの製造装置。 The solvent is volatile;
13. The apparatus for manufacturing a fuel cell separator according to claim 11 or 12, wherein the solvent removing means comprises vaporizing means for separating and removing the solvent from the molding material by vaporizing the solvent. .
前記溶媒の気化ガスは、前記多孔性部材を経由して、外部に排出されることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の燃料電池用セパレータの製造装置。 The vaporizing means has a porous member that is permeable to a vaporized gas of the solvent and disposed on a cavity surface of the mold,
The apparatus for producing a fuel cell separator according to claim 13 or 14, wherein the vaporized gas of the solvent is discharged to the outside through the porous member.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006016729A JP2007200665A (en) | 2006-01-25 | 2006-01-25 | Manufacturing method and manufacturing device of fuel cell separator |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8697300B2 (en) | 2008-03-31 | 2014-04-15 | Rohm Co., Ltd. | Fuel cell, and method for manufacturing the same |
| US10964969B2 (en) | 2015-08-31 | 2021-03-30 | Lg Chem, Ltd. | Secondary battery electrode manufacturing device including electrode mixture layer forming mold |
-
2006
- 2006-01-25 JP JP2006016729A patent/JP2007200665A/en active Pending
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|---|---|---|---|---|
| US8697300B2 (en) | 2008-03-31 | 2014-04-15 | Rohm Co., Ltd. | Fuel cell, and method for manufacturing the same |
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