燃料电池堆的制造方法及制造装置与流程

1.本公开涉及燃料电池堆的制造方法及制造装置。


背景技术：

2.以往，已知与燃料电池堆的制造方法有关、尤其与层叠有多个单电池的电池层叠体的压缩技术有关的发明(下述专利文献1)。专利文献1公开了一种燃料电池堆的制造方法，具备：层叠工序，层叠多个单电池来构成电池层叠体；及压缩工序，通过对该电池层叠体内部进行减压，而在单电池的层叠方向上压缩该电池层叠体(说明书摘要、权利要求1、第0006段等)。
3.根据上述以往的燃料电池堆的制造方法，能够通过使用对电池层叠体内部进行减压的装置(例如真空泵)来压缩电池层叠体。由此，不需要以往所需的加压机构，因此即便不使用大型的工具，也能够压缩电池层叠体(专利文献1的第0007段)。
4.在先技术文献
5.专利文献1：日本特开2009-129584号公报
6.燃料电池堆的单电池由较薄的板状的分隔件、较薄的片状的膜-电极-气体扩散层接合体及树脂框架构成。因此，在燃料电池堆的制造工序中，例如单电池的搬运时容易产生挠曲。这种单电池的挠曲在燃料电池堆的制造工序中可能成为使单电池间的间距不均匀或者使单电池间的衬垫的密封性下降的主要因素。


技术实现要素：

7.本公开提供一种能够使各个燃料电池单体即单电池间的间距均匀并且使单电池间的衬垫的密封性提高的燃料电池堆的制造方法及制造装置。
8.本公开的一方案为一种燃料电池堆的制造方法，是层叠有多个燃料电池单体的燃料电池堆的制造方法，其特征在于，包含如下的工序：搬运工序，以使构成上述燃料电池单体的一对分隔件上下相向的状态把持上述燃料电池单体的两端部来进行搬运；及层叠工序，将使上述搬运工序中的上下反转后的多个上述燃料电池单体夹着衬垫地在铅垂方向上层叠。
9.在上述方案的燃料电池堆的制造方法中，也可以是，上述燃料电池单体在上述两端部分别具有凹状的卡合部，在上述层叠工序中，使沿着铅垂方向延伸的轨道与上述燃料电池单体的上述两端部的上述卡合部卡合，而从上述轨道向上述燃料电池单体的上述两端部作用铅垂方向上的朝上方向的摩擦力。
10.上述方案的燃料电池堆的制造方法可以包含制造上述燃料电池单体的单电池制造工序，上述单电池制造工序包含多个冲压工序和各个上述冲压工序之后的上述搬运工序，多个上述冲压工序包括：加热冲压工序，在上述一对分隔件之间配置构成上述燃料电池单体的树脂框架及膜-电极-气体扩散层接合体，并一边以超过该树脂框架的软化点的温度对上述一对分隔件进行加热一边进行冲压；及冷却冲压工序，在上述加热冲压工序之后，一
边以比上述软化点低的温度对上述一对分隔件进行冷却一边进行冲压。
11.在上述方案的燃料电池堆的制造方法中，也可以是，上述加热冲压工序包含第一加热冲压工序和一边以比该第一加热冲压工序的温度高的温度对上述一对分隔件进行加热一边进行冲压的第二加热冲压工序，上述冷却冲压工序包含第一冷却冲压工序和一边以比该第一冷却冲压工序的温度低的温度对上述一对分隔件进行冷却一边进行冲压的第二冷却冲压工序，上述搬运工序在上述第一加热冲压工序与上述第二加热冲压工序之间、上述第二加热冲压工序与上述第一冷却冲压工序之间及上述第一冷却冲压工序与上述第二冷却冲压工序之间进行。
12.本公开的另一方案为一种燃料电池堆的制造装置，是层叠有多个燃料电池单体的燃料电池堆的制造装置，其特征在于，包含：搬运装置，以使构成上述燃料电池单体的一对分隔件上下相向的状态把持上述燃料电池单体的两端部并进行搬运；及层叠装置，将使由上述搬运装置搬运时的上下反转后的多个上述燃料电池单体夹着衬垫地在铅垂方向上层叠。
13.在上述方案的燃料电池堆的制造装置中，也可以是，上述燃料电池单体在上述两端部分别具有凹状的卡合部，上述层叠装置具备沿着铅垂方向延伸的轨道，上述轨道在层叠上述燃料电池单体时与上述卡合部卡合，而向上述燃料电池单体的上述两端部作用铅垂方向上的朝上方向的摩擦力。
14.发明效果
15.根据本公开的上述各方案，可提供一种能够使各个燃料电池单体即单电池间的间距均匀并且使单电池间的衬垫的密封性提高的燃料电池堆的制造方法及制造装置。
附图说明
16.图1是具备燃料电池堆的燃料电池系统的概略图。
17.图2是构成图1所示的燃料电池堆的燃料电池单体的俯视图。
18.图3是图2所示的燃料电池单体的放大截面图。
19.图4是表示本公开的燃料电池堆的制造方法的一实施方式的流程图。
20.图5是表示图4的单电池制造工序的详细内容的流程图。
21.图6是概略性地表示图4及图5的搬运工序的主视图。
22.图7是概略性地表示图4的层叠工序中的加压前的多个燃料电池单体的主视图。
23.图8是图7所示的层叠装置及燃料电池单体的概略性的俯视图。
24.图9是概略性地表示图4的层叠工序中的加压后的多个燃料电池单体的主视图。
25.图10是表示衬垫的压缩量与间距偏差之间的关系的一例的坐标图。
26.图11是表示燃料电池单体的翘曲与间距偏差之间的关系的一例的坐标图。
27.图12是表示比较方式的层叠工序中的加压前的多个燃料电池单体的主视图。
28.图13是表示比较方式的层叠工序中的加压后的多个燃料电池单体的主视图。
具体实施方式
29.以下，参照附图来说明本公开的燃料电池堆的制造方法及制造装置的实施方式。以下，首先说明燃料电池堆和燃料电池单体的一般结构，接着说明该燃料电池堆的制造方
法及制造装置。需要说明的是，在以下的说明中，有时将构成燃料电池堆的各个燃料电池单体简称为“单电池”。
30.(燃料电池堆及燃料电池单体)
31.首先，参照图1～图3来说明燃料电池堆100和燃料电池单体40(单电池40)的一般结构的一例。图1是具备燃料电池堆100的燃料电池系统1的概略图。燃料电池系统1具备例如氢罐2、气泵3、冷却器4及燃料电池堆100。
32.氢罐2填充例如高压氢，经由断流阀2a、配管2b及调节器2c而与燃料电池堆100连接，向燃料电池堆100供给作为燃料气体的氢。燃料电池堆100中未利用的燃料气体(阳极废气)经由与燃料电池堆100连接的排出配管2d而向燃料电池堆100的外部排出。需要说明的是，燃料电池系统1也可以具有使阳极废气向配管2b侧再循环的再循环机构。
33.气泵3经由例如配管3a而与燃料电池堆100连接，向燃料电池堆100供给作为氧化剂气体的空气。燃料电池堆100中未利用的氧化剂气体(阴极废气)经由排出配管3b向燃料电池堆100的外部排出。燃料气体及氧化剂气体也被称为反应气体。
34.冷却器4经由例如配管4a及泵4b而与燃料电池堆100连接，将用于对燃料电池堆100进行冷却的制冷剂向燃料电池堆100供给。从燃料电池堆100排出的制冷剂经由配管4c而向冷却器4循环。作为制冷剂，使用例如水、乙二醇等防冻液、空气等。
35.燃料电池堆100具有例如端板10、绝缘板20、集电板30、多个单电池40、集电板30、绝缘板20和端板10按该顺序层叠而成的层叠构造。
36.图2是构成图1所示的燃料电池堆100的多个燃料电池单体40中的一个燃料电池单体40、即单电池40的俯视图。图3是图2所示的单电池40的概略性的放大截面图。单电池40具备：膜-电极-气体扩散层接合体(membrane-electrode-gas diffusion layer assembly：mega(膜电极气体扩散层))41、包围mega41的树脂框架42及将它们夹在中间的一对分隔件43、44。
37.mega41具备膜-电极接合体41a和层叠于该膜-电极接合体41a的两侧的气体扩散层41b，mega41配置于树脂框架42的矩形的开口部42a。膜-电极接合体41a构成为在电解质膜的两面分别配置阳极及阴极，使发电用的第一气体与第二气体反应来进行发电。第一气体是例如包含氢的燃料气体，第二气体是例如包含氧的空气等氧化剂气体。
38.树脂框架42具有例如电绝缘性和可挠性，通过对能够热熔敷的膜状的树脂部件实施冲切加工而形成为包围mega41的矩形的框状。树脂框架42例如熔敷于一对分隔件43、44，也作为接合一对分隔件43、44的接合材料发挥功能。树脂框架42在外缘部具有构成歧管m1～m6的多个歧管开口部h1～h6。
39.分隔件43、44由例如将碳粒子压缩而变得不透气的致密质碳等碳制部件或冲压成形的不锈钢或钛等金属部件等具有气体隔断性及导电性的原材料制作。一对分隔件43、44中的一个为阳极侧的分隔件43，另一个为阴极侧的分隔件44。
40.阳极侧的分隔件43在mega41侧的面上具备分配燃料气体的多个条状的流路槽45，在与mega41相反侧的面上具备分配制冷剂的多个条状的流路槽46。阴极侧的分隔件44在mega41侧的面上具备分配氧化剂气体的多个条状的流路槽47，在与mega41相反侧的面上具备分配制冷剂的多个条状的流路槽46。
41.一对分隔件43、44具有构成歧管m1～m6的多个歧管孔h1～h6。歧管m1经由在例如
图1所示的端板10、绝缘板20及集电板30上设置的开口部而与供给燃料气体的配管2b连接。另外，歧管m2经由在例如图1所示的端板10、绝缘板20及集电板30上设置的开口部而与将燃料电池堆100中未利用的燃料气体排出的排出配管2d连接。
42.相同地，歧管m3经由在例如图1所示的端板10、绝缘板20及集电板30上设置的开口部而与供给氧化剂气体的配管3a连接。另外，歧管m4经由在例如图1所示的端板10、绝缘板20及集电板30上设置的开口部而与将燃料电池堆100中未利用的氧化剂气体排出的排出配管3b连接。
43.另外，歧管m5经由在例如图1所示的端板10、绝缘板20及集电板30上设置的开口部而与供给制冷剂的配管4a连接。相同地，歧管m6经由在例如图1所示的端板10、绝缘板20及集电板30上设置的开口部而与使从燃料电池堆100排出的制冷剂向冷却器4循环的配管4c连接。
44.一对分隔件43、44、树脂框架42及mega41如图2所示的那样形成作为发电用气体的流路的第一气体流路51和省略图示的第二气体流路。第一气体流路51设于例如单电池40的阳极侧，第二气体流路设于单电池40的阴极侧。
45.第一气体流路51在歧管m1、m2中分别具有开口。第一气体流路51通过设于树脂框架42的槽状的流路而将阳极侧的分隔件43与mega41之间的空间和歧管m1、m2连接。另外，第一气体流路51在阳极侧的分隔件43与mega41之间的空间中通过图2及图3所示的多个条状的流路槽45而分支为多个流路。
46.另外，省略图示的第二气体流路在歧管m3、m4中分别具有开口。第二气体流路通过设于树脂框架42的槽状的流路而将阴极侧的分隔件44与mega41之间的空间和歧管m3、m4连接。另外，第二气体流路在阴极侧的分隔件44与mega41之间的空间中与图2所示的第一气体流路51相同地通过图3所示的多个条状的流路槽47而分支为多个流路。
47.通过以上那种结构，燃料电池系统1从例如氢罐2向由构成燃料电池堆100的多个单电池40的歧管孔h1形成的歧管m1供给氢气来作为燃料气体。另外，从例如气泵3向由构成燃料电池堆100的多个单电池40的歧管孔h3形成的歧管m3供给包含氧的空气来作为氧化剂气体。而且，从例如泵4b向由构成燃料电池堆100的多个单电池40的歧管孔h5形成的歧管m5供给冷却水来作为制冷剂。
48.向燃料电池堆100的歧管m1供给的燃料气体朝向歧管m2而在各个单电池40的第一气体流路51中流动。向燃料电池堆100的歧管m3供给的氧化剂气体朝向歧管m4而在各个单电池40的第二气体流路中流动。单电池40通过使在该第一气体流路51中流动的燃料气体与在第二气体流路中流动的氧化剂气体经由mega41反应来进行发电。
49.另外，向燃料电池堆100的歧管m5供给的制冷剂朝向歧管m6而在制冷剂流路中流动，该制冷剂流路通过图3所示的流路槽46而形成于相邻的单电池40之间。由此，能够使因发电而在单电池40中产生的热经由一对分隔件43、44向制冷剂移动，对单电池40进行冷却。
50.通过了单电池40的第一气体流路51的燃料气体向歧管m2排出，再从歧管m2向排出配管2d排出。通过了单电池40的第二气体流路的氧化剂气体向歧管m4排出，再从歧管m4向排出配管3b排出。通过了相邻的单电池40之间的制冷剂流路的制冷剂向歧管m6排出，再向配管4c排出。
51.如以上那样，燃料电池堆100或单电池40具备供三种不同的流体流动的三个通路。
更具体而言，上述三个通路是例如供燃料气体流动的第一气体通路、供氧化剂气体流动的第二气体通路和供制冷剂流动的制冷剂通路。需要说明的是，第一气体通路与第二气体通路之间通过mega41及树脂框架42而分离。另外，第一气体通路及第二气体通路与制冷剂通路之间通过分隔件43、44而分离，并由衬垫等适当的密封部密封。
52.(燃料电池堆的制造方法及制造装置)
53.接着，参照图4～图11来说明本公开的燃料电池堆的制造方法及制造装置的实施方式。图4是表示本公开的燃料电池堆的制造方法的一实施方式的流程图。图5是表示图4的单电池制造工序s1的详细内容的流程图。
54.本实施方式的燃料电池堆的制造方法m是层叠多个燃料电池单体40(单电池40)而得到的燃料电池堆100的制造方法。燃料电池堆的制造方法m包含例如单电池制造工序s1、搬运工序s2和层叠工序s3。
55.单电池制造工序s1是制造各个燃料电池单体40即单电池40的工序。单电池制造工序s1包含例如多个冲压工序s11、s13、s15、s17和各个冲压工序s11、s13、s15之后的搬运工序s12、s14、s16。另外，多个冲压工序s11、s13、s15、s17包括加热冲压工序s11、s13和冷却冲压工序s15、s17。
56.加热冲压工序s11、s13是在一对分隔件43、44之间配置构成单电池40的树脂框架42及mega41(膜-电极-气体扩散层接合体41)并一边以超过树脂框架42的软化点的温度对一对分隔件43、44进行加热一边进行冲压的工序。加热冲压工序s11、s13包括例如第一加热冲压工序s11和一边以比该第一加热冲压工序s11高的温度对一对分隔件43、44进行加热一边进行冲压的第二加热冲压工序s13。树脂框架42的原材料是例如软化点为160[℃]左右的热塑性树脂。
[0057]
在第一加热冲压工序s11中，在第一冲压机的下模上将一对分隔件43、44以夹持mega41和树脂框架42的状态配置。并且，在被加热到树脂框架42的软化点以上的温度的第一冲压机的上模与下模之间，对一对分隔件43、44和配置于该一对分隔件43、44之间的mega41及树脂框架42进行加热及加压。由此，树脂框架42软化，一对分隔件43、44、mega41及树脂框架42紧贴。
[0058]
在第二加热冲压工序s13中，将结束了第一加热冲压工序s11的未完成的单电池40通过搬运工序s12搬运并放置于第二冲压机的下模上。关于搬运工序s12的详细内容，后文叙述。并且，在被加热到比第一加热冲压工序s11中的第一冲压机的上模及下模高的温度的第二冲压机的上模与下模之间，对一对分隔件43、44和配置于该一对分隔件43、44之间的mega41及树脂框架42进行加热及加压。由此，树脂框架42进一步软化，一对分隔件43、44、mega41及树脂框架42紧贴。
[0059]
冷却冲压工序s15、s17是在加热冲压工序s11、s13之后一边以比树脂框架42的软化点低的温度对一对分隔件43、44进行冷却一边进行冲压的工序。冷却冲压工序s15、s17包括例如第一冷却冲压工序s15和一边以比该第一冷却冲压工序s15低的温度对一对分隔件43、44进行冷却一边进行冲压的第二冷却冲压工序s17。
[0060]
在第一冷却冲压工序s15中，将结束了第二加热冲压工序s13的未完成的单电池40通过搬运工序s14搬运并放置于第三冲压机的下模上。关于搬运工序s14的详细内容，后文叙述。并且，在设为比树脂框架42的软化点低的温度的第三冲压机的上模与下模之间，对一
对分隔件43、44和配置于该一对分隔件43、44之间的mega41及树脂框架42进行冷却及加压。
[0061]
由此，树脂框架42硬化，一对分隔件43、44、mega41及树脂框架42一体化。需要说明的是，在树脂框架42的软化点为160[℃]左右的情况下，第一冷却冲压工序s15中的单电池40的冷却温度为例如100[℃]～140[℃]左右。
[0062]
在第二冷却冲压工序s17中，将结束了第一冷却冲压工序s15的未完成的单电池40通过搬运工序s16搬运并放置于第四冲压机的下模上。关于搬运工序s16的详细内容，后文叙述。并且，在设为比第一冷却冲压工序s15中的第三冲压机的上模及下模的温度低的温度的第四冲压机的上模与下模之间，对一对分隔件43、44和配置于该一对分隔件43、44之间的mega41及树脂框架42进行冷却及加压。
[0063]
由此，减少由搬运工序s12、s14、s16引起的单电池40的翘曲。其结果是，多个单电池40之间的翘曲量的偏差与例如未进行第二冷却冲压工序s17的情况下的单电池40的翘曲量的偏差相比较减少至50％以下。需要说明的是，在树脂框架42的软化点为160[℃]左右的情况下，第二冷却冲压工序s17中的单电池40的冷却温度为例如30[℃]～50[℃]左右。
[0064]
根据以上，将一对分隔件43、44和mega41经由树脂框架42而热压接来制造单电池40，图4及图5所示的单电池制造工序s1结束。在单电池制造工序s1结束后，如图4所示，实施搬运工序s2。需要说明的是，燃料电池堆的制造方法m在例如从外部采购完成的单电池40的情况下可以不具有单电池制造工序s1。
[0065]
图6是概略性地表示图4及图5的搬运工序s2、s12、s14、s16的主视图。搬运工序s12是如上述那样在单电池制造工序s1的第一加热冲压工序s11与第二加热冲压工序s13之间实施，将单电池40从第一冲压机向第二冲压机搬运的工序。另外，搬运工序s14是如上述那样在单电池制造工序s1的第二加热冲压工序s13与第一冷却冲压工序s15之间实施，将单电池40从第二冲压机向第三冲压机搬运的工序。
[0066]
另外，搬运工序s16是在单电池制造工序s1的第一冷却冲压工序s15与第二冷却冲压工序s17之间实施，将单电池40从第三冲压机向第四冲压机搬运的工序。另外，搬运工序s2是在例如单电池制造工序s1结束后实施，将完成的单电池40向层叠工序s3搬运的工序。
[0067]
搬运工序s12、s14、s16、s2是以使单电池40横躺而使构成单电池40的一对分隔件43、44上下相向的状态把持单电池40的两端部并进行搬运的工序。在此，一对分隔件43、44的上下关系不作特别限定，哪个配置在上面都可以。如图6所示，搬运工序s12、s14、s16、s2通过把持单电池40的两端的搬运装置210来进行。搬运装置210是本实施方式的燃料电池堆的制造装置200的一部分。
[0068]
在搬运工序s2、s12、s14、s16中，例如以使彼此相向的较薄的板状的一对分隔件43、44的外侧的面即图6中的单电池40的上表面和下表面大致水平的方式使单电池40横躺并把持该单电池40的两端部来进行搬运。因此，单电池40的两端部之间的中央部因自重而向下方挠曲。其结果是，单电池40产生例如图6所示的那样下方侧凸出的弯曲形状的翘曲。在单电池制造工序s1结束后的搬运工序s2中，单电池40被向接下来的层叠工序s3搬运。
[0069]
图7是概略性地表示图4的层叠工序s3中的加压前的多个单电池40的主视图。图8是图7所示的层叠装置220和单电池40的概略性的俯视图。图9是概略性地表示图4的层叠工序s3中的加压后的多个单电池40的主视图。图7所示的层叠装置220是本实施方式的燃料电池堆的制造装置200的一部分。
[0070]
需要说明的是，在层叠工序s3中夹在单电池40之间的衬垫50如图8所示的那样具有例如矩形的环状或框状的闭合的形状。需要说明的是，在图7及图9中，将衬垫50以剖切的状态示出。衬垫50由例如epdm等具有弹性的树脂材料制作。衬垫50在单电池40之间以预定的压缩量被压缩，由此通过表面压力来对上述的第一气体流路、第二气体流路及制冷剂流路之间进行密封。
[0071]
层叠工序s3是将使搬运工序s2中的上下反转的多个单电池40夹着衬垫50地在铅垂方向上层叠的工序。需要说明的是，单电池制造工序s1结束后的搬运工序s2中的单电池40的上下与例如单电池制造工序s1包含的搬运工序s12、s14、s16中的单电池40的上下相同。
[0072]
本实施方式的燃料电池堆的制造装置200是用于制造层叠有多个燃料电池单体40的燃料电池堆100的装置。燃料电池堆的制造装置200具备图6所示的搬运装置210和图7所示的层叠装置220。需要说明的是，燃料电池堆的制造装置200也可以具备例如在上述单电池制造工序s1中使用的第一冲压机、第二冲压机、第三冲压机及第四冲压机。
[0073]
搬运装置210进行如上述那样以使单电池40横躺而使构成单电池40的一对分隔件43、44上下相向的状态把持单电池40的两端部并进行搬运的搬运工序s2、s12、s14、s16。搬运装置210包含例如图6所示的多个夹具211和省略图示的驱动机构。驱动机构使夹具211进行开闭，并且使把持了单电池40的夹具211从搬运起始地向搬运目的地移动。
[0074]
层叠装置220使用于将使由搬运装置210搬运时的上下反转后的多个单电池40夹着衬垫50地在铅垂方向上层叠的层叠工序s3。在本实施方式中，单电池40在例如两端部分别具有凹状的卡合部48。在该情况下，层叠装置220能够具备沿着铅垂方向延伸的轨道221。轨道221在单电池40的层叠时与单电池40的两端部的卡合部48卡合并向单电池40的两端部作用铅垂方向上的朝上方向的摩擦力。
[0075]
即，在图4所示的层叠工序s3中，能够使用例如图7及图8所示的层叠装置220。并且，在层叠工序s3中，能够使沿着铅垂方向延伸的轨道221与单电池40的两端部的卡合部48卡合，从轨道221向单电池40的两端部作用铅垂方向上的朝上方向的摩擦力f。由此，如图7所示的那样通过作用于单电池40的重力g即单电池40的中间部的自重来缓和向上凸出的弯曲形状的单电池40的翘曲。
[0076]
而且，在层叠工序s3中，如图9所示的那样在多个燃料电池单体40的下端和上端分别配置集电板30。并且，对多个燃料电池单体40在一对集电板30之间压缩并加压，将夹在单电池40之间的衬垫50适当压缩，由此通过衬垫50将单电池40之间的空间密封。此时，从与单电池40的两端部的卡合部48卡合的轨道221向单电池40的两端部作用铅垂方向上的朝上方向的摩擦力f，进一步缓和向上凸出的弯曲形状的单电池40的翘曲。
[0077]
图10是表示衬垫50的压缩量与单电池40的间距偏差之间的关系的一例的坐标图。在图10中，坐标图的纵轴是衬垫50的压缩量。另外，图10在左端示出了衬垫50的标称压缩量，在右端示出了衬垫50的最小压缩量，在它们之间示出了使衬垫50的压缩量减小的多个要素。在图10中，作为使衬垫50的压缩量减小的要素，例示了电池偏差、层叠偏差、劣化/低温、间距偏差。
[0078]
电池偏差是多个单电池40之间的厚度的偏差。层叠偏差是将多个单电池40层叠、压缩、紧固时的紧固载荷的偏差。劣化/低温是由衬垫50的经年劣化或低温环境下的使用引
起的衬垫50的压缩量的减小。间距偏差是由以各个单电池40的翘曲为起因的多个单电池40之间的间距的偏差引起的衬垫50的压缩量的减小。
[0079]
衬垫50的压缩量因例如电池偏差、层叠偏差、劣化/低温、间距偏差等而减小。因此，衬垫50的标称压缩量设定成即使在因这些主要因素而衬垫50的压缩量减小至最小压缩量的情况下也超过密封界限sl。在此，衬垫50的密封界限sl是衬垫50能够发挥要求的密封性的压缩量的界限值。
[0080]
即，衬垫50在压缩量低于密封界限sl时，无法发挥要求的密封性。因此，为了确保衬垫50的密封性，重要的是使单电池40之间的间距偏差减小。另外，衬垫50在压缩量过大时有可能发生破裂。因此，从防止衬垫50的破裂的角度出发，使单电池40之间的间距偏差减小也是重要的。
[0081]
图11是表示单电池40的翘曲与间距偏差之间的关系的一例的坐标图。如图11所示，单电池40的翘曲和单电池40之间的间距偏差大致成比例。即，单电池40的翘曲越大，则单电池40之间的间距的偏差越大。
[0082]
因此，为了确保衬垫50的密封性，重要的是使单电池40的翘曲减小。容许的单电池40的翘曲的最大值wmax基于例如容许的间距偏差的最大值pd来决定。
[0083]
以下，针对本实施方式的燃料电池堆的制造方法m及制造装置200的作用，基于与比较方式的燃料电池堆的制造方法及制造装置的对比来进行说明。图12及图13是表示比较方式的层叠工序中的加压前后的多个单电池40的主视图。
[0084]
如图12的比较方式所示，假定将搬运工序s2中产生了向下方凸出的弯曲形状的翘曲的多个单电池40在层叠工序中在原封不动的状态下经由衬垫50层叠。于是，重力g作用于单电池40，从轨道221向单电池40的两端部作用铅垂方向上的朝上方向的摩擦力f，助长了单电池40的翘曲。
[0085]
另外，有时由于例如工厂的非工作日等如图12所示的那样在将多个单电池40层叠的状态下保管数日程度的一定期间而产生翘曲。这种保管期间在例如单电池制造工序s1、搬运工序s2及层叠工序s3的各工序之间也可能产生。
[0086]
而且，如图13的比较方式所示，在层叠的多个单电池40的上端和下端配置集电板30，对多个单电池40压缩并加压。于是，从轨道221向单电池40的两端部再作用铅垂方向上的朝上方向的摩擦力f，又助长了单电池40的翘曲。其结果是，单电池40的翘曲有可能超过图11所示的最大值wmax，单电池40之间的间距偏差超过最大值pd，从而图10所示的最小压缩量低于密封界限sl，衬垫50的密封性受损。
[0087]
另外，单电池40由例如钛或不锈钢等薄的板状的一对分隔件43、44构成。因此，如图13所示，在单电池40产生了翘曲的状态下层叠例如300个以上的多个单电池40时，各个单电池40如板簧那样进行作用。该作用在单电池40的层叠数越增加时越显著。
[0088]
其结果是，在图13所示的例子中，对于层叠在上侧的单电池40之间的衬垫50，作用由层叠在下侧的多个单电池40产生的压缩方向的更大的弹力，有可能发生过压缩。另外，在图13所示的例子中，由于层叠在上侧的多个单电池40的弹力，层叠在下侧的单电池40的翘曲未矫正，单电池40之间的间距扩大，单电池40之间的衬垫50的压缩量有可能低于密封界限sl。
[0089]
与此相对，本实施方式的燃料电池堆的制造方法m如上述那样是层叠有多个燃料
电池单体40的燃料电池堆100的制造方法，包含搬运工序s12、s14、s16、s2和层叠工序s3。搬运工序s12、s14、s16、s2以使构成燃料电池单体40的一对分隔件43、44上下相向的状态把持燃料电池单体40的两端部并进行搬运。层叠工序s3将使搬运工序s12、s14、s16、s2中的上下反转的多个燃料电池单体40夹着衬垫50地在铅垂方向上层叠。
[0090]
在本实施方式的燃料电池堆的制造方法m中，在上述搬运工序s12、s14、s16、s2中，如图6所示的那样燃料电池单体40产生向下凸出的弯曲形状的翘曲。但是，在层叠工序s3中，通过使燃料电池单体40的上下反转并层叠，而如图7及图9所示的那样燃料电池单体40的翘曲通过燃料电池单体40的自重及压缩时的加压而减少。因此，根据本实施方式，可提供一种能够使各个燃料电池单体40即单电池40的间距均匀并且使单电池40之间的衬垫50的密封性提高的燃料电池堆的制造方法m。
[0091]
另外，在本实施方式的燃料电池堆的制造方法m中，燃料电池单体40在两端部分别具有凹状的卡合部48。并且，在层叠工序s3中，使沿着铅垂方向延伸的轨道221与燃料电池单体40的两端部的卡合部48卡合，从轨道221向燃料电池单体40的两端部作用铅垂方向上的朝上方向的摩擦力f。由此，在层叠工序s3中，能够使与翘曲相反方向的弯曲应力作用于燃料电池单体40，提高由燃料电池单体40的自重及压缩时的加压产生的翘曲的减少效果。
[0092]
另外，本实施方式的燃料电池堆的制造方法m包含制造燃料电池单体40的单电池制造工序s1。单电池制造工序s1包含多个冲压工序s11、s13、s15、s17和各个多个冲压工序s11、s13、s15、s17之后的搬运工序s12、s14、s16。多个冲压工序s11、s13、s15、s17包括加热冲压工序s11、s13和冷却冲压工序s15、s17。加热冲压工序s11、s13是在一对分隔件43、44之间配置构成燃料电池单体40的树脂框架42及膜-电极-气体扩散层接合体41，一边以超过树脂框架42的软化点的温度对一对分隔件43、44进行加热一边进行冲压的工序。冷却冲压工序s15、s17是在加热冲压工序s11、s13之后一边以比树脂框架42的软化点低的温度对一对分隔件43、44进行冷却一边进行冲压的工序。
[0093]
这样，通过本实施方式的燃料电池堆的制造方法m包含单电池制造工序s1，在单电池制造工序s1包含的搬运工序s12、s14、s16中，燃料电池单体40产生翘曲。但是，在该单电池制造工序s1的搬运工序s12、s14、s16中产生的翘曲也能够在层叠工序s3中减少，能够使单电池40的间距均匀并且使单电池40之间的衬垫50的密封性提高。
[0094]
另外，在本实施方式的燃料电池堆的制造方法m中，加热冲压工序s11、s13包括第一加热冲压工序s11和一边以比该第一加热冲压工序s11高的温度对一对分隔件43、44进行加热一边进行冲压的第二加热冲压工序s13。冷却冲压工序s15、s17包括第一冷却冲压工序s15和一边以比该第一冷却冲压工序s15低的温度对一对分隔件43、44进行冷却一边进行冲压的第二冷却冲压工序s17。搬运工序s12、s14、s16在第一加热冲压工序s11与第二加热冲压工序s13之间、第二加热冲压工序s13与第一冷却冲压工序s15之间及第一冷却冲压工序s15与第二冷却冲压工序s17之间进行。
[0095]
这样，通过本实施方式的燃料电池堆的制造方法m包含第一加热冲压工序s11及第二加热冲压工序s13，而能够高效地使树脂框架42的温度上升。另外，通过燃料电池堆的制造方法m包含第一冷却冲压工序s15和第二冷却冲压工序s17，能够使多个单电池40的翘曲的偏差大幅地减少。由此，能够使单电池40的间距均匀并且使单电池40之间的衬垫50的密封性提高。
[0096]
另外，本实施方式的燃料电池堆的制造装置200是用于制造层叠有多个燃料电池单体40的燃料电池堆100的装置。燃料电池堆的制造装置200包含搬运装置210和层叠装置220。搬运装置210以使构成燃料电池单体40的一对分隔件43、44上下相向的状态把持单电池40的两端部并进行搬运。层叠装置220将使由搬运装置210搬运时的上下反转后的多个燃料电池单体40夹着衬垫50地在铅垂方向上层叠。
[0097]
本实施方式的燃料电池堆的制造装置200在由搬运装置210搬运单电池40时，如图6所示的那样单电池40产生向下凸出的弯曲形状的翘曲。但是，在层叠装置220中，使单电池40的上下反转并层叠，由此如图7及图9所示的那样单电池40的翘曲通过单电池40的自重及压缩时的加压而减少。因此，根据本实施方式，可提供一种能够使单电池40的间距均匀并且使单电池40之间的衬垫50的密封性提高的燃料电池堆的制造装置200。
[0098]
另外，在本实施方式的燃料电池堆的制造装置200中，燃料电池单体40在两端部分别具有凹状的卡合部48。层叠装置220具备沿着铅垂方向延伸的轨道221。轨道221在单电池40的层叠时与燃料电池单体40的两端部的卡合部48卡合，向单电池40的两端部作用铅垂方向上的朝上方向的摩擦力。由此，在层叠装置220中，能够使与翘曲相反方向的弯曲应力作用于单电池40，使由单电池40的自重及压缩时的加压产生的翘曲的减少效果提高。
[0099]
以上，使用附图而详细叙述了本公开的燃料电池堆的制造方法及制造装置的实施方式，但具体的结构并不限定于该实施方式，即便存在未脱离本公开的主旨的范围内的设计变更等，它们也包含于本公开。
[0100]
附图标记说明
[0101]
40单电池(燃料电池单体)
[0102]
41mega(膜-电极-气体扩散层接合体)
[0103]
42树脂框架
[0104]
43分隔件
[0105]
44分隔件
[0106]
48卡合部
[0107]
50衬垫
[0108]
100燃料电池堆
[0109]
200燃料电池堆的制造装置
[0110]
210搬运装置
[0111]
220层叠装置
[0112]
221轨道
[0113]
f摩擦力
[0114]
m燃料电池堆的制造方法
[0115]
s1单电池制造工序
[0116]
s11第一加热冲压工序(加热冲压工序、冲压工序)
[0117]
s12搬运工序
[0118]
s13第二加热冲压工序(加热冲压工序、冲压工序)
[0119]
s14搬运工序
[0120]
s15第一冷却冲压工序(冷却冲压工序、冲压工序)
[0121]
s16搬运工序
[0122]
s17第二冷却冲压工序(冷却冲压工序、冲压工序)
[0123]
s2搬运工序
[0124]
s3层叠工序。