(57)【要約】【課題】燃料電池セルを一枚ずつ確実に吸着して搬送できる燃料電池セルの積層装置を提供する。【解決手段】燃料電池セルの積層装置１は、複数の燃料電池セル１００を上下方向に積み重ねた状態で収納し、収納された燃料電池セル１００を上方に押し出す押出し機構２４を有するセル収納部２と、セル収納部２に収納された燃料電池セル１００の最上部から燃料電池セル１００を吸着して搬送するセル搬送部３と、セル搬送部３により搬送された燃料電池セル１００を所定の枚数まで積層するセル積層部４とを備える。セル収納部２は、収納された複数の燃料電池セル１００のうち最上部の燃料電池セル１００を横方向に移動し、且つ最上部以外の燃料電池セル１００の横方向への移動を制限するように形成されている。セル搬送部３は、最上部の燃料電池セル１００を吸着した状態で横方向に移動可能に形成されている。【選択図】図３
2020061253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池セルを上下方向に積み重ねた状態で収納し、収納された燃料電池セルを上方に押し出す押出し機構を有するセル収納部と、
前記セル収納部に収納された燃料電池セルの最上部から燃料電池セルを吸着して搬送するセル搬送部と、
前記セル搬送部により搬送された燃料電池セルを所定の枚数まで積層するセル積層部と、
を備え、
前記セル収納部は、収納された複数の燃料電池セルのうち最上部の燃料電池セルを横方向に移動し、且つ最上部以外の燃料電池セルの横方向への移動を制限するように形成されており、
前記セル搬送部は、前記セル収納部に収納された複数の燃料電池セルのうち最上部の燃料電池セルを吸着した状態で横方向に移動可能に形成されていることを特徴とする燃料電池セルの積層装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セルの積層装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池セルは、膜電極ガス拡散層接合体と、膜電極ガス拡散層接合体を挟持する一対のセパレータとを有するものが知られている。燃料電池は、このような構造を有する複数の燃料電池セルを、間にセル間シール部材としてのガスケットを介在させた状態で積層することにより製造されている。
【０００３】
燃料電池を製造する際に、セル収納部に上下方向に積み重ねた状態で収納された複数の燃料電池セルを、セル搬送部で一枚ずつ吸着してセル積層部に搬送し、セル積層部で積層していく必要がある。このため、例えば下記特許文献１に記載されたセパレータ搬送装置を転用して燃料電池セルを吸着して搬送することが検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１５６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、燃料電池セルの表面にガスケットが貼り付けられているので、積み重ねられた状態で保管されている間にガスケットによって隣り合う燃料電池セル同士間にタック力が発生する。このため、上述のセパレータ搬送装置で燃料電池セルを吸着する際に燃料電池セルが２枚くっついて搬送される可能性がある。よって、燃料電池セルを一枚ずつ吸着して搬送するのは困難であった。
【０００６】
本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、燃料電池セルを一枚ずつ確実に吸着して搬送できる燃料電池セルの積層装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る燃料電池セルの積層装置は、複数の燃料電池セルを上下方向に積み重ねた状態で収納し、収納された燃料電池セルを上方に押し出す押出し機構を有するセル収納部と、前記セル収納部に収納された燃料電池セルの最上部から燃料電池セルを吸着して搬送するセル搬送部と、前記セル搬送部により搬送された燃料電池セルを所定の枚数まで積層するセル積層部と、を備え、前記セル収納部は、収納された複数の燃料電池セルのうち最上部の燃料電池セルを横方向に移動し、且つ最上部以外の燃料電池セルの横方向への移動を制限するように形成されており、前記セル搬送部は、前記セル収納部に収納された複数の燃料電池セルのうち最上部の燃料電池セルを吸着した状態で横方向に移動可能に形成されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る燃料電池セルの積層装置では、セル収納部は、収納された複数の燃料電池セルのうち最上部の燃料電池セルを横方向に移動し且つ最上部以外の燃料電池セルの横方向への移動を制限するように形成されているので、最上部の燃料電池セルを横方向に移動させることにより最上部の燃料電池セルと最上部以外の燃料電池セルとの相対位置をずらすことができる。これによって、最上部の燃料電池セルと最上部から２番目の燃料電池セルとの間にせん断力が発生するので、セル搬送部で最上部の燃料電池セルを吸着して持ち上げる時に、最上部の燃料電池セルと最上部から２番目の燃料電池セルとを容易に引き剥がすことができる。その結果、燃料電池セルを一枚ずつ確実に吸着して搬送することが可能になる。
【０００９】
しかも、セル搬送部は、セル収納部に収納された複数の燃料電池セルのうち最上部の燃料電池セルを吸着した状態で横方向に移動可能に形成されているので、最上部の燃料電池セルを吸着しつつ、最上部の燃料電池セルの横方向への移動に合わせて横方向に移動することができる。従って、最上部の燃料電池セルを最上部から２番目の燃料電池セルと容易に引き剥がすことができ、燃料電池セルを一枚ずつ確実に吸着して搬送することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料電池セルを一枚ずつ確実に吸着して搬送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】燃料電池セルを示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】実施形態に係る燃料電池セルの積層装置を示す模式図である。
【図４】セル収納部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明に係る燃料電池セルの積層装置の実施形態について説明するが、その前に図１及び図２を基に燃料電池セルの構造を簡単に説明する。
【００１３】
図１は燃料電池セルを示す平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。燃料電池セル１００は、固体高分子電解質型燃料電池を構成する単セルであり、薄板状に形成されている。この燃料電池セル１００は、ＭＥＧＡ（膜電極ガス拡散層接合体  Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly）１１０と、ＭＥＧＡ１１０の外周に配置された樹脂枠１２０と、ＭＥＧＡ１１０及び樹脂枠１２０を挟持する一対のセパレータ１３０，１３０とを備えている。
【００１４】
ＭＥＧＡ１１０は、ＭＥＡ（膜電極接合体  Membrane Electrode Assembly）１４０と、ＭＥＡ１４０の両面に配置されたガス拡散層１７０，１７０とが、一体化されたものである。ＭＥＡ１４０は、電解質膜１５０と、電解質膜１５０を挟むように接合された一対の電極１６０，１６０とからなる。電解質膜１５０は、固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜からなる。電極１６０は、例えば、白金等の触媒を担持した例えば多孔質のカーボン素材により形成されている。電解質膜１５０の一方側に配置された電極１６０がアノード電極となり、他方側の電極１６０がカソード電極となる。ガス拡散層１７０は、例えばカーボンペーパー若しくはカーボンクロス等のカーボン多孔質体、または、金属メッシュ若しくは発泡金属等の金属多孔質体等のガス透過性を有する導電性部材によって形成されている。
【００１５】
ＭＥＧＡ１１０は燃料電池セル１００の発電部を構成しており、セパレータ１３０はＭＥＧＡ１１０のガス拡散層１７０に接するように配置されている。セパレータ１３０は、凹部１３０ａと凸部１３０ｂとを交互に繰り返すことにより波形に形成されている。凹部１３０ａの底部は平面状を呈しており、ＭＥＧＡ１１０のガス拡散層１７０と面接触している。一方、凸部１３０ｂの頂部も平面状を呈しており、図示しない隣接するセパレータ１３０の凸部１３０ｂの頂部と面接触している。
【００１６】
一対のガス拡散層１７０，１７０のうち一方のガス拡散層１７０は、それに隣接するセパレータ１３０の凸部１３０ｂとともに、燃料ガスが流れる燃料ガス流路１０１を形成している。他方のガス拡散層１７０は、それに隣接するセパレータ１３０の凸部１３０ｂとともに、酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路１０２を形成している。そして、燃料ガス流路１０１の一端は後述する燃料ガス入口マニホールド１０３ａ、他端は燃料ガス出口マニホールド１０３ｆとそれぞれ連通している。酸化剤ガス流路１０２の一端は後述する酸化剤ガス出口マニホールド１０３ｃ、他端は酸化剤ガス入口マニホールド１０３ｄとそれぞれ連通している。
【００１７】
このような構造を有する燃料電池セル１００同士は、ある燃料電池セル１００のアノード電極１６０と、それに隣接する他の燃料電池セル１００のカソード電極１６０とを向き合わせた状態で積層されている。これによって、隣接するセパレータ１３０の凹部１３０ａ同士の間には、空間が形成されている。この空間は、冷却水が流れる冷却水流路になる。そして、冷却水流路の一端は後述する冷却水出口マニホールド１０３ｂ、他端は冷却水入口マニホールド１０３ｅとそれぞれ連通している。
【００１８】
図１に示すように、燃料電池セル１００の長手方向の一端部（図１では右側端部）には、燃料ガス入口マニホールド１０３ａと、冷却水出口マニホールド１０３ｂと、酸化剤ガス出口マニホールド１０３ｃとが上から順に配置されている。燃料電池セル１００の長手方向の他端部（図２では左側端部）には、酸化剤ガス入口マニホールド１０３ｄと、冷却水入口マニホールド１０３ｅと、燃料ガス出口マニホールド１０３ｆとが上から順に配置されている。
【００１９】
また、燃料電池セル１００の周縁部には、ＭＥＧＡ１１０、燃料ガス入口マニホールド１０３ａ、冷却水出口マニホールド１０３ｂ、酸化剤ガス出口マニホールド１０３ｃ、酸化剤ガス入口マニホールド１０３ｄ、冷却水入口マニホールド１０３ｅ及び燃料ガス出口マニホールド１０３ｆを取り囲むように、環状のガスケット１８０が貼り付けられている。このガスケット１８０は、ゴムや熱可塑性エラストマー等によって形成されており、セル間シール部材として燃料電池セル１００同士を積層する際に隣り合う燃料電池セル１００同士の間の空間を封止する。
【００２０】
次に、図３及び図４を基に本実施形態に係る燃料電池セルの積層装置を説明する。図３は実施形態に係る燃料電池セルの積層装置を示す模式図であり、図４はセル収納部を示す平面図である。
【００２１】
本実施形態に係る燃料電池セルの積層装置１（以下、「積層装置１」と略する）は、複数の燃料電池セル１００を上下方向に積み重ねた状態で収納するセル収納部２と、セル収納部２に収納された燃料電池セル１００の最上部から燃料電池セル１００を吸着して搬送するセル搬送部３と、セル搬送部３により搬送された燃料電池セル１００を所定の枚数まで積層するセル積層部４と、を備えている。
【００２２】
セル収納部２は、上方に開口しており、矩形板状の台座２１と、台座２１の四隅に立設される４本の支柱２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄとを有する。４本の支柱のうち、支柱２２ａ及び支柱２２ｂは台座２１の長手方向の一端部（図４では左側端部）、支柱２２ｃ及び支柱２２ｄは台座２１の長手方向の他端部（図４では右側端部）にそれぞれ配置されている。これらの支柱は台座２１に固定されており、燃料電池セル１００を収納する収納空間を形成する。
【００２３】
図４に示すように、支柱２２ａと支柱２２ｄとの間には、セル収納部２に収納される燃料電池セル１００のずれを防止するための側柱２３ａが配置されている。これに対応し、支柱２２ｂと支柱２２ｃとの間にも、セル収納部２に収納される燃料電池セル１００のずれを防止するための側柱２３ｂが配置されている。側柱２３ａ，２３ｂは、台座２１に固定されており、支柱２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄと同じ高さを有するようになっている。セル収納部２に収納される燃料電池セル１００への損傷を防止するために、これらの支柱及び側柱は柔らかい樹脂材料等によって形成されることが好ましい。
【００２４】
また、セル収納部２は、収納された燃料電池セル１００を上方に押し出す押出し機構２４を有する。押出し機構２４は、台座２１の下方に配置されており、台座２１の中央位置に形成された貫通穴２１ａに挿通し、収納された複数の燃料電池セル１００のうち最下部の燃料電池セル１００を押し上げるように構成されている。この押出し機構２４は、燃料電池セル１００と当接する当接板２４ａと、当接板２４ａと固定されるとともに当接板２４ａと昇降機構（図示せず）とを連結する連結棒２４ｂとを有する。昇降機構には油圧シリンダ、エアシリンダ、サーボモータ、アクチュエータ、ボールねじ等公知の手段を用いることができる。連結棒２４ｂと昇降機構との連結には、既に周知された技術を用いることができる。
【００２５】
更に、本実施形態のセル収納部２は、収納された複数の燃料電池セル１００のうち最上部の燃料電池セル１００を横方向に移動し、且つ最上部以外の燃料電池セル１００の横方向への移動を制限するように形成されている。具体的には、支柱２２ａにおいて、収納された複数の燃料電池セル１００のうち最上部の燃料電池セル１００に対向する位置には、最上部の燃料電池セル１００が横方向に移動できるように切り欠き部２５が形成されている。これに対応し、支柱２２ｂにおいて、最上部の燃料電池セル１００に対向する位置には、最上部の燃料電池セル１００が横方向に移動できるように切り欠き部２６が形成されている。
【００２６】
図３に示すように、上下方向において、切り欠き部２５及び切り欠き部２６の高さは、セル収納部２に収納される燃料電池セル１００が満杯になるときに、最上部の燃料電池セル１００の高さ位置と同じくなり、且つ最上部から２番目の燃料電池セル１００の高さよりも高くなっている。このようにすることで、最上部の燃料電池セル１００の横方向への移動を許容しつつ、最上部以外の燃料電池セル１００の横方向への移動を制限することができる。
【００２７】
また、セル収納部２は、最上部の燃料電池セル１００を横方向に移動させる横移動機構２７を更に有する。横移動機構２７は、台座２１に対してスライド可能なスライド壁２７ａと、スライド壁２７ａの上部に配置されて該スライド壁２７ａから支柱２２ａ，２２ｂ側に突出する突出部２７ｂと、スライド壁２７ａと連結される連結棒２７ｃと、連結棒２７ｃを介してスライド壁２７ａを横方向に進退させる進退機構（図示せず）とを有する。
【００２８】
図示しないが、スライド壁２７ａは、例えば台座２１に設けられたレールでガイドしながら移動可能な車輪が取り付けられており、該車輪が台座２１のレールに沿って移動することでスライド可能とされている。進退機構には油圧シリンダ、エアシリンダ、サーボモータ、アクチュエータ、ボールねじ等公知の手段を用いることができる。連結棒２７ｃは、既に周知された技術で進退機構と連結されている。
【００２９】
このような構造によれば、例えば進退機構が前進すると、スライド壁２７ａが支柱２２ａ，２２ｂ側にスライドする。突出部２７ｂは、スライド壁２７ａの移動に伴い最上部の燃料電池セル１００と当接し、該最上部の燃料電池セル１００を支柱２２ａ，２２ｂ側に押し出す。これによって、最上部の燃料電池セル１００は、上述の切り欠き部２５，２６まで移動する。一方、進退機構が後退すると、スライド壁２７ａ及び突出部２７ｂは元の位置に戻る。
【００３０】
セル搬送部３は、例えば吸着ハンドからなり、上下方向及び横方向（すなわち、左右方向及び前後方向）に移動可能に形成されている。このセル搬送部３は、セル収納部２の開口に挿入可能な大きさを有する吸着面３ａと、吸着面３ａと連通してセル搬送部３の内部に形成された吸入流路（図示せず）とを有する。また、セル搬送部３は、図示しないポンプ等で吸入流路を介して空気を吸い込むことにより、セル収納部２に収納された燃料電池セル１００を吸着し、セル積層部４に搬送する。なお、本実施形態において、セル搬送部３は、最上部の燃料電池セル１００を吸着した状態で横方向に移動可能に形成されている。
【００３１】
セル積層部４は、いわゆるセル積層パレットであり、例えば矩形板状の台座４１と、台座４１の四隅から立設された４本の支柱４２とを有する。このセル積層部４は、セル搬送部３により搬送された燃料電池セル１００を所定の枚数まで積層する。
【００３２】
また、本実施形態の積層装置１は、セル収納部２に収納された燃料電池セル１００の高さを測定するセンサ５を備えている。センサ５は、セル収納部２の上方に配置され、セル収納部２に収納される燃料電池セル１００の高さを読み取り、読み取った結果を制御部（図示せず）に送信する。
【００３３】
以上のように構成された積層装置１では、セル収納部２は、収納された複数の燃料電池セル１００のうち最上部の燃料電池セル１００を横方向に移動し且つ最上部以外の燃料電池セル１００の横方向への移動を制限するように形成されているので、最上部の燃料電池セル１００を横方向に移動させることにより最上部の燃料電池セル１００と最上部以外の燃料電池セル１００との相対位置をずらすことができる。これによって、最上部の燃料電池セル１００と最上部から２番目の燃料電池セル１００との間にせん断力が発生するので、セル搬送部３で最上部の燃料電池セル１００を吸着して持ち上げる時に、最上部の燃料電池セル１００と最上部から２番目の燃料電池セル１００とを容易に引き剥がすことができる。その結果、燃料電池セル１００を一枚ずつ確実に吸着して搬送することが可能になる。
【００３４】
しかも、セル搬送部３は、セル収納部２に収納された複数の燃料電池セル１００のうち最上部の燃料電池セル１００を吸着した状態で横方向に移動可能に形成されているので、最上部の燃料電池セル１００を吸着し、最上部の燃料電池セル１００の横方向への移動に合わせて横方向に移動することができる。従って、最上部の燃料電池セル１００を最上部から２番目の燃料電池セル１００と容易に引き剥がすことができ、燃料電池セル１００を一枚ずつ確実に吸着して搬送することができる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上述の実施形態では、センサ５を備える積層装置１を説明したが、センサ５を省いて目視でセル収納部２に収納された燃料電池セル１００の高さを把握しても良い。
【００３６】
また、上述の実施形態では、台座２１に対してスライド可能なスライド壁２７ａを有する横移動機構２７を説明したが、スライド壁２７ａに代えて台座２１に対して回転可能な回転壁を有しても良い。例えば、回転壁が台座２１に対して回転可能に該台座２１に配置され、回転壁の回転により該回転壁の先端に設けられる突出部２７ｂで最上部の燃料電池セル１００を横方向に移動させる。
【符号の説明】
【００３７】
１    燃料電池セルの積層装置
２    セル収納部
３    セル搬送部
３ａ    吸着面
４    セル積層部
５    センサ
２１，４１    台座
２１ａ    貫通穴
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，４２    支柱
２３ａ，２３ｂ    側柱
２４    押出し機構
２４ａ    当接板
２４ｂ，２７ｃ    連結棒
２５，２６    切り欠き部
２７    横移動機構
２７ａ    スライド壁
２７ｂ    突出部
１００    燃料電池セル
１１０    ＭＥＧＡ
１２０    樹脂枠
１３０    セパレータ
１４０    ＭＥＡ
１５０    電解質膜
１６０    電極
１７０    ガス拡散層
１８０    ガスケット
【図１】
2020061253.tif 000003
【図２】
2020061253.tif 000004
【図３】
2020061253.tif 000005
【図４】
2020061253.tif 000006