(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融混合物を提供するように黒鉛と樹脂材料とを混合するステップと、
前記混合物から連続的な流れ場板を成形するステップと、
前記連続的な流れ場板を、複数の単体の流れ場板に分割するステップと、
前記連続的な流れ場板および前記単体の流れ場板のうちの一方に流れ場流路を提供するステップと、
セパレータプレートアセンブリを製造するように前記単体の流れ場板を互いに積層するステップと、
を備え、
前記積層ステップが、２つの前記単体の流れ場板を互いにフルオロエラストマにより接着することを含む、流れ場板の製造方法。
【請求項２】
前記成形ステップが、前記樹脂が４０：６０〜６０：４０の液相対固相比で存在するところで前記混合物を押出し成形することを含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記黒鉛が片状黒鉛粉末を含み、前記樹脂が、フッ素化エチレンプロピレン、ペルフルオロアルコキシ共重合体、およびポリテトラフルオロエチレンのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記流れ場流路の提供ステップが、前記成形ステップ中に行われることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記成形ステップが、連続的な流れ場板のブランクを製造することを含み、前記流れ場流路の提供ステップが、前記連続的な流れ場板および前記単体の流れ場板のうちの一方に前記流れ場流路を機械加工することを含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記分割ステップが、前記連続的な流れ場板を、複数の前記単体の流れ場板に切断することを含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
前記成形ステップが、所望の外形を有するダイを通して前記混合物を押出し成形するステップを含み、前記樹脂が４０：６０〜６０：４０の液相対固相比で存在するところで前記混合物がダイから排出されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項８】
前記押出し成形ステップが、前記混合物をバレル内に配置し、前記外形を有するダイを通して前記混合物を押し込むように前記バレルを通してラムを摺動可能に移動させるステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記摺動可能に移動させるステップが、前記ラムをその軸を中心として回転させることなく移動させることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記外形が、前記流れ場流路を提供するリブを含むことを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記成形ステップが、２つのベルトの間で前記混合物をプレス加工するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記ベルトが、前記流れ場流路を提供するリッジを含み、前記混合物が前記ベルト上にペーストとして配置されることを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記プレス加工ステップが、前記２つのベルトの間で前記混合物を３００°Ｃを上回る温度かつ３．５ＭＰａ〜７．０ＭＰａの圧力でプレス加工し、与圧しながら２００°Ｃ未満に冷却することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セパレータプレートアセンブリ、および、複数のセパレータプレートアセンブリとそれらの流れ場板を連続的な自動化プロセスで製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モノリシックの燃料電池セパレータプレートアセンブリの構成およびこれを製造するための製造方法は特許文献１などのように開発されており、本発明の参照となる。熱精製された片状黒鉛や、通常１５〜２０％の組成を有するフッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）樹脂材料が、セパレータプレートアセンブリの製造に使用されている。ペルフルオロアルコキシ共重合体（ＰＦＡ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのその他の疎水性樹脂も適当である。これらの樹脂は、ＤｕＰｏｎｔ社などの製造業者から入手可能である。
【０００３】
セパレータプレートアセンブリはバイポーラセパレータプレートとしても知られており、セパレータプレートアセンブリの両側には、反応物質を燃料セル内に分配する流れ場を含む。ＵＴＣ  Ｐｏｗｅｒ  ＰＣ‐５０  リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）に使用される一例の流れ場は、５００ｍｍ×５００ｍｍのプラットフォームを有するとともに、約１５０個の反応物流路を含んでおり、それらの流路は、カソード流れ場においては約１．４ｍｍの幅と、０．７ｍｍの深さを有し、アノード流れ場においては１．４ｍｍの幅と、１．０ｍｍの深さを有する。アノード流れ場およびカソード流れ場の全厚は、それぞれ、約１．７ｍｍおよび約１．４ｍｍである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０３０７６８１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
予成形品は、現在、黒鉛−ＦＥＰの粉末混合物をモールド内に堆積させることによるバッチプロセスによって製造される。これらの粉末は、約０．６〜０．７ｇ／ｍｌのかさ密度に対し、２．１〜２．２ｇ／ｍｌの成形密度を有する。その乾燥工程においては幾つかの欠点がある。部品に亘って均一な粉末分布を実現することは困難である。こうしたばらつきは、部品に亘る厚さや密度に劣悪な均一性をもたらす。さらに、流れ場をネットシェイプに成形しようとするとき、流れ場のウェブに亘る粉末の圧縮比が流れ場のリブに亘る圧縮比とは異なってしまう、という複雑さが存在する。それにより、ウェブよりも低密度のリブが生じ、延いては低い熱伝導率や導電率、高い酸吸着率や酸伝達率をもたらし、これらは望ましくない。リブ内の黒鉛粒子の向きはリブを横切る方向に比べてリブに沿った方向に向きやすく、これはまたあまり好ましくない。製造に用いられる一般的なバッチプロセスは非常に高額である。
【０００６】
セパレータプレートアセンブリは、１０〜２０年の寿命に亘る電解液のテークアップ（take-up）が非常に低くなければならず、かつその平面を通過する酸の移動が非常に低い割合でなければならない。これはセパレータプレートアセンブリの最も要求の厳しい特性である。黒鉛表面の電気化学的酸化（腐食）により、酸がセパレータプレートアセンブリをカソード側からアノード側へと浸透する。酸化により、黒鉛が親水性となり、それにより黒鉛が酸性電解液によって湿潤される。
【０００７】
セパレータプレートアセンブリに現在使用される熱精製された大型の片状黒鉛は、以前使用されていた球状黒鉛に対して２つの利点を有する。第一に、大型の片状黒鉛における端部面（edge planes）の、底面（basal planes）に対する低い比率により、球状黒鉛に比較して非常に低い腐食度がもたらされる。第二に、現行の製造工程はまた、片状黒鉛が平面を通過する方向に対して垂直に優先的に揃えられるという結果をもたらす。結果として、平面を通過する酸の浸透に対して非常に高いねじれがもたらされ、これによりプレートへの酸の浸透がさらに妨げられる。
【０００８】
ＦＥＰなどの熱可塑性物質は、溶融押出し法を用いることにより、管材料、フィルム、シート、および電気配線の絶縁被覆を形成する。それらの材料は、通常１００％のＦＥＰである。一部の用途では、製品を着色するまたはそれらの電気特性に影響を与えるように、数％の充填材が添加される。押出機は通常、複数の加熱領域を有する。それらの領域の温度は、ＤｕＰｏｎｔ社によれば、通常３３０〜３７０°Ｃであり、これは一般的なＦＥＰの融点である約２６０°Ｃよりも著しく高い。ＦＥＰは周囲圧力において溶融した、完全な液相状態で押出機から排出される。ＦＥＰを凝固させ、押し出された物品の寸法を制御するように、成形物品を冷却するための様々な手法が用いられる。例えば、ＦＥＰ管材料は、水浴に浸漬しながらマンドレルから引き伸ばされて、ＦＥＰの寸法が調節され、ＦＥＰを凝固させる。一例の製造方法では、ＦＥＰフィルムは、チルドロールでカレンダー加工されて、その寸法が調節され、ＦＥＰを凝固させる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
流れ場板の製造方法が、混合物を提供するように黒鉛と樹脂材料とを混合することを含む。混合物から、例えばラム押出し成形またはダブルベルトプレスにより、連続的な（continuous）流れ場板が成形される。連続的な流れ場板は、複数の単体の（discrete）流れ場板に分割される。連続的な流れ場板および単体の流れ場板のうちの一方に流れ場流路が設けられる。
【００１０】
一例では、ＰＡＦＣ（リン酸型燃料電池）用の片状黒鉛−ＦＥＰ（フッ素化エチレンプロピレン）流れ場をネットシェイプに成形するためのラム押出し成形方法が開示される。この方法は、ＦＥＰ樹脂が二相からなる、すなわち液相と固相からなる温度において、流れ場板をダイから取り出すことを含む。流れ場流路は、連続的な流れ場板の成形工程時または成形工程の後に形成される。互いにフルオロエラストマによって接着された２つの片状黒鉛−ＦＥＰ流れ場からなるセパレータプレートアセンブリの構成が開示される。
【００１１】
別の例では、連続的なスチールベルト上に片状黒鉛−ＦＥＰのペーストを押し出すことにより片状黒鉛−ＦＥＰ流れ場をネットシェイプに成形する、ダブルベルトプレス成形方法が開示されており、連続的なスチールベルトは、流れ場板の鏡像の流路構成を有する。片状黒鉛−ＦＥＰ流れ場板のブランクを成形するためのダブルベルトブレス方法も開示される。
【００１２】
検討する際に、添付の図面とともに以下の詳細な説明を参照することにより本発明の開示をさらに理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一例の燃料電池セパレータプレートの一部の概略図。
【図２】ラム押出し成形を用いることにより流れ場板をネットシェイプに連続的に成形する一例の方法を示す流れ図。
【図３】ラム押出し成形を用いることによりバイポーラプレートのブランクを連続的に成形する一例の方法を示す流れ図。
【図４】一例のフッ素化エチレンプロピレンの示差走査熱量計のグラフ。
【図５Ａ】図２に示すラム押出し成形方法によって製造した連続的な流れ場板の正面図。
【図５Ｂ】２枚の流れ場板が互いに接着されることを示す断面図。
【図６Ａ】ラム押出機の概略図。
【図６Ｂ】図６Ａのラム押出機用のダイの概略図。
【図７】図２，３に記載のラム押出し成形方法の温度プロフィールを示すグラフ。
【図８】ダブルベルトプレスを用いることにより流れ場板をネットシェイプに連続的に成形する一例の方法を示す流れ図。
【図９】ダブルベルトプレスを用いることによりバイポーラプレートのブランクを連続的に成形する一例の方法を示す流れ図。
【図１０】ペーストの押出し順序、および図８，９のダブルベルトプレス成形方法を用いた流れ場板の成形を示す流れ図。
【図１１】ペーストの分配領域およびドライヤ領域を有するダブルベルトプレス装置の概略図。
【図１２Ａ】図１１に示す装置用のベルトの上面図。
【図１２Ｂ】図１２Ａに示すベルトの側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
燃料電池セパレータプレート１０を図１に概略的に示す。プレート１０は、第１の側面１２および第２の側面１４を有し、それぞれ、カソード流れ場およびアノード流れ場に対応する第１および第２の流れ場１６，１８を備える。第１および第２の流れ場１６，１８は、それぞれ、プレート１０の外周２４へと延在する第１および第２の流れ場流路２０，２２を含む。各流れ場は、約１５０個の流路から構成される。外周２４によって画定される一般的なプレート１０の（Ｘ−Ｙ方向の）プラットフォームは、５００ｍｍ×５００ｍｍ（１９．７インチ×１９．７インチ）である。流れ場板の幅の、厚さに対するアスペクト比は、一例では約３００〜３５０：１である。一方の流れ場板は１．７ｍｍの厚さであり、そのアスペクト比は、５００／１．７＝２９４である。他方の流れ場板は１．４ｍｍの厚さであり、そのアスペクト比は、５００／１．４＝３５７である。図示の例では、各側面における流れ場流路は互いに対して平行であり、一方の側面の流れ場流路は、その反対側の流れ場流路に対して垂直である。
【００１５】
プレート１０は厚さ２６を有し、これは一例では約３．１ｍｍである。一例では、第１の流れ場流路２０は約１．４ｍｍ（０．０６インチ）の幅２８、および約０．７ｍｍ（０．０３インチ）の深さ３０を有する。第２の流れ場流路は１．４ｍｍ（０．０６インチ）の幅１２８、および１．０ｍｍ（０．０４インチ）の深さ１３０を有する。アノード流れ場およびカソード流れ場の全厚は、それぞれ、約１，７ｍｍおよび１．４ｍｍである。図１のバイポーラ板の全厚は、この例では約３．１ｍｍである。このプレートは、燃料流路の深さ（１．０ｍｍ）＋空気流路の深さ（０．７ｍｍ）＋ウェブの厚さ（１．４ｍｍ）から構成される。ウェブは燃料流路の底部と空気流路の底部との間の厚さである。図５Ｂのプレートはアノード流れ場およびカソード流れ場からなる。アノード流れ場は、１．７ｍｍの全厚における１．０ｍｍの燃料流路深さと、０．７ｍｍのウェブ深さと、を有する。カソード流れ場は、１．４ｍｍの全厚における０．７ｍｍの空気流路深さと、０．７ｍｍのウェブ深さと、を有する。図１および図５Ｂの全厚はほぼ同じ３．１ｍｍである。
【００１６】
図２および図３は、ラム押出機（図６Ａ，６Ｂ）を用いてセパレータプレートアセンブリ（図５Ａ，５Ｂ）を製造する例示の製造方法３２，１３２を示す工程の流れ図である。２つの例の製造方法３２，１３２を示す。図２は、押出し成形時に流れ場流路が形成された状態で流れ場板をネットシェイプに押出し成形する工程に関する。代替的に、図３に示すように、流れ場のブランクを押出し、そのブランクの両側に流路を機械加工することが望ましい場合がある。
【００１７】
図２，３を参照すると、ＦＥＰ粉末３４および片状黒鉛などの黒鉛粉末３６を計量３８して、混合物を得る。ＦＥＰ以外の樹脂を用いてもよい。混合物は十分に混合４０される。図２に示すように、流路を提供するリブ状の断面を有する流れ場板が、例えばラム押出し成形法を用いて連続的に押出し成形される。符号４２で示されるように、連続的な流れ場板押出し成形品が製造され、これは図５Ａに概略的に示すように複数の流れ場流路１２０を含む。連続的な押出し成形により、図２の符号４６に示すトリミング後に、複数の単体の流れ場板１６２（破線で示す）が提供される。代替的に、図３の符号１４２に示すように、ブランク（すなわち、リブおよび流路を持たないもの）を連続的に押出し成形してもよい。符号４４に示すように、流れ場板またはブランクが冷却される。
【００１８】
図２に戻り、図５Ｂを参照すると、２つの押出しラインからのトリミングされた流れ場板を接合することにより、セパレータプレート１１０が形成されるが、単一の押出しラインを用いてもよい。図５Ｂに示すように、（図２の符号５２で示す）流れ場板６２，１６２の側面６４，１６４を接合させるように、（図２の符号４６で示す一方の押出しラインからの）トリミングされた流れ場板６２が（図２の符号５０で示すように）フルオロエラストマ６６で被覆される。一例では、フルオロエラストマ６６の帯が、流れ場板のうちの一つの平面側に、噴霧またはスクリーンプリントなどの公知の技術により、アセンブリの外周付近に窓枠のように適用される。フルオロエラストマ６６は２つの流れ場板６２，１６２の間に気体および液体のシールを形成し、セパレータプレートアセンブリ１１６を提供する。フルオロエラストマは、例えば、Lauren Manufacturing 社により販売の、少なくとも６８重量％のフッ素含有量を有する Fluorolast（登録商標） WB-200 でもよい。流れ場板６２の第１の側１１２は、カソードの第１の流路１２０を含む第１の流れ場１１６を提供する。流れ場板１６２の第２の側１１４は、アノードの第２の流路１２２を含む第２の流れ場１１８を提供する。２つの流れ場板６２，１６２は、低圧平面ラミネータ５４で接着される（図２）、または、例えば１５０〜２００°Ｃ（３１７〜４１５°Ｆ）でのプラテンプレスなど、その他の周知の積層手段によって接着される。代替的に、流れ場板は、その加熱サイクル時にリン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）内の原位置に接着されてもよい。ブロック５６で示すように、アノード側１１４に湿潤性コーティングが静電塗装により適用される。代替的に、湿潤性コーティングは、周知のようにカーボンブラックの水性懸濁液を噴霧し、乾燥させることによって適用してもよい。符号４８で示すように、例えば機械加工の廃棄物を回収して、後に冷却器アセンブリを製造するために使用してもよい。
【００１９】
図３を参照すると、トリミング後、それぞれ符号５８，６０で示すように、同じブランクのカソード側およびアノード側に流路が機械加工される。符号１４８で示すように、例えば機械加工の廃棄物を回収して、後に冷却器アセンブリを製造するために使用してもよい。符号５６で示すように、アノード側に湿潤性コーティングが静電塗装により適用される。
【００２０】
図６Ａは、水平ラム押出機６８の概略図を示す。黒鉛およびＦＥＰの粉末が貯蔵容器７０，７２からホッパ７４へと供給され、このホッパは、ラム８０が引き出されたときに粉末をバレル８６へと供給する。ラム装置７６は、ラム８０をシリンダ８２内に摺動可能に収容させる液圧ピストン７８を含む。ラム押出機およびラム押出し成形方法により、不連続的な材料供給から連続的な流れ場板の連続的な製造を達成する。混合粉末はラム８０がバレル８６内に挿入されたときに圧縮される。冷却セクション８７がバレル８６の入口付近に設けられて、バレル８６内に流入する材料が所望よりも早く溶出するのを防ぐ。バレル８６は、図６Ｂに示す断面９１を有する、流れ場板の幅および厚さを提供するダイ８９を含む。流れ場流路が押出し時に形成される場合、断面９１はまた流路およびリブを含む。
【００２１】
混合物は、ラム８０の各ストロークによりバレル８６を進むに従い、バレル８６に取り付けられた発熱体８８，９０，９２により、混合物がＦＥＰの融点を上回る温度に達するまで加熱される。ダイ８９は押出機の長さの１／３〜１／４を占有するとともに、押出機の出口に配置される。溶融混合物はダイ８９に進入し、そこで混合物が冷却セクション９４を通過するに従い冷却される。押出し成形される混合物は、以下に記載するように、ＦＥＰと固体黒鉛との二相液固混合物である。混合物がダイ８９の最初の部分を通過するに従い、黒鉛−ＦＥＰ溶融混合物中の片状黒鉛が、粘性力の作用の結果として、流れ場の平面に対して垂直に指向される。
【００２２】
押出し成形された部品は、ＦＥＰが溶け始める温度よりも高く、かつＦＥＰが完全に溶融する温度よりも低い温度でダイ８９から排出される。図４は、ＦＥＰなどの熱可塑性高分子が相対的に広範囲の融点を有することを示す、ＦＥＰの示差走査熱量計（ＤＳＣ）のグラフである。ＤＳＣプロットのピークでは、樹脂が二相で存在し、ＦＥＰ樹脂の半分が液相にあり、半分が固相にある。ダイ８９の出口における樹脂の所望の溶融樹脂対固体樹脂比は（樹脂がＦＥＰのとき、略２５０°Ｃ（４８２°Ｆ）で）４０：６０〜６０：４０であるが、その他の比率を用いてもよい。固相状態が構造体を互いに結合しながら、液相状態が、ダイ８９に亘る所望の圧力での流れ場板の押出し成形を可能にする潤滑を提供し、それにより許容できる物理特性をもたらす。
【００２３】
ラム押出し成形は、例えばスクリュー押出し成形方法と同様の摩擦によってではなく、モールド外部のヒータによって溶融されたＦＥＰ樹脂を提供する。したがって、ラム８０をその軸を中心として回転させることなく移動させるラム押出し成形は、片状黒鉛の摩損がずっと少なくなり、最終的にバッチプロセスによって製造される既存の所望のセパレータプレートアセンブリの特性と同様の特性を有する流れ場を生じさせる。スクリュー押出し工程よりもはるかに高い圧力がラム押出し工程において生じる。このことは非常に粘性のある二相ＦＥＰ−黒鉛混合物を、ダイ８９を通して押出し成形するのに有用である。
【００２４】
図７を参照すると、押出機の最初の１／４の長さに沿った一例の温度プロフィールは１５０°Ｃ（３０２°Ｆ）から３５０°Ｃ（６６２°Ｆ）への温度上昇をもたらし、押出機の次の半分の長さは流れ場温度を３５０°Ｃ（６６２°Ｆ）に維持し、押出機の最後の１／４の長さは温度を３５０°Ｃ（６６２°Ｆ）から２５０°Ｃ（４８２°Ｆ）まで低下させる。尚、ダイ８９は、この例では押出機の長さの１／３〜１／４を占める。一例では、押出し成形された流れ場板の温度は、流れ場板がダイを出るときは約２６０°Ｃである。この温度は、約５０％のＦＥＰが液相であり、５０％が固相である温度に相当する。押出し成形された流れ場板は、冷却セクション９４として概略的に示す急冷台へと送られ、ここで温度が２５０°Ｃ（４８２°Ｆ）から周囲温度付近まで低下される。急冷台は、冷却速度を増加させるように、押出し成形された流れ場板と急冷台との接触を維持する一連のローラを含みうる。
【００２５】
個々の流れ場板６２，１６２は、前述のように、セパレータプレートアセンブリ１１０を形成する。図６Ａに示すように、押出し成形機６８，１６８は、低圧の連続的な平面ラミネータ９６を用いることにより流れ場板６２，１６２を製造するように用いてもよい。アノード流れ場は、先に述べたように湿潤性処理を用いてコーティングされる。
【００２６】
ダブルベルトプレスを用いた流れ場板の製造方法を図８，９に示す。図８に示す実施例は、ダブルベルトプレス工程を用いることにより流れ場板をネットシェイプに製造する。代わりに流れ場板のブランクを製造し、ブランクに流れ場流路を機械加工することが望ましい場合もある。図９に示す実施例はブランクを製造し、このブランクは、完全なセパレータプレートアセンブリを製造するように次いでその両側に機械加工される。
【００２７】
図８を参照すると、流れ場流路が一体的に成形される流れ場成形方法２００を示す。黒鉛−ＦＥＰ流れ場をネットシェイプに成形するように、スチールベルトの溝にペーストを充填するペースト押出し工程が用いられうる。それらの流路を形成するように用いられる片状黒鉛は、１００ｇ当たり約１０ｇの非常に低いＤＢＰ（例えば、フタル酸ジブチル）油吸収係数（oil absorption number）を有する。油吸収係数およびその試験方法に関連する基準は、ＡＳＴＭ  Ｄ２４１４に示される。このことは、片状黒鉛をウェットアウトし、粘性ペーストとして製造するのにごく少量の媒介物（vehicle）しか必要としないことを意味する。一例では、ペーストは約２０％の水と、８０％の黒鉛−ＦＥＰと、から形成される。２００°Ｃ〜２５０°Ｃより低い温度で蒸発する炭化水素液体もまた、ペーストを作る媒介物として使用されうる。このようなペーストの比重は約１．７ｇ／ｍｌである。図１０は、こうしたペーストを準備するのに用いられる方法２４０の概略を示す。ペーストの圧縮比は乾燥工程においては約１．２６（２．１５／１．７０）対３．３（２．１５／０．６５）である。圧縮比は、成形板の密度の、乾燥ペーストの密度すなわちプレートの製造に使用されるパウダーブレンドのかさ密度に対する比率である。圧縮比が低いほど、成形板のウェブとリブとの間の密度差が最小化される。
【００２８】
図８を参照すると、ペーストを形成するように、ＦＥＰ２０２と、片状黒鉛粉末２０４と、約２０体積％までの水２０６と、の混合物が準備される。片状黒鉛粉末の樹脂に対する比率は約４：１である。符号２１２で示されるコンベヤベルト上へのペーストの押出し前に、ペーストが計量２０８、混合２１０される。一例では、図１２Ａ，１２Ｂに示すように、ベルト２７８は、リッジ２８４を有する連続的なスチールベルト２８２によって提供され、それらのリッジ２８４は、流れ場板の対応する流れ場流路を提供する。ペーストが符号２１６に示すようにダブルベルト装置によって圧縮される前に、符号２１４で示すように、水をペーストから蒸発させる。混合物が圧力下で加熱され、次いで符号２１８で示すように、圧力下で冷却される。符号２２０で示すように、連続的な流れ場が分割されて、複数の単体の流れ場板に切断される。符号２２６で示すように、別のラインからの流れ場板が切断され、符号２２４で示すようにフルオロエラストマにより、別の流れ場板に接合され、符号２２８で示すように、ラミネータに通される。符合２２２で示すように、切断による任意の廃棄物を回収、再利用してもよい。符号２３０で示すように、湿潤性コーティングがアノード側に静電塗装により適用される。
【００２９】
図１０，１１は、それぞれ、方法２００において使用されるペースト押出し工程２４０およびダブルベルトプレス装置２６６を示す。符号２４２（図１０）で示すように、黒鉛がミキサ２６８（図１１）に加えられる。符号２４４で示すように、黒鉛が充填されたミキサに減圧がかけられ、それにより黒鉛の湿潤を促進し、気泡を除去する。ミキサは、黒鉛の薄片が破壊されないように構成される。一例の片状黒鉛は、Superior SGC-2901G である。符号２４６で示すように、ＰＴＦＥなどのフルオロポリマラテックスが、減圧の開放前に、混合されながらミキサに追加される。Dyneon FEP 6300GZ の分散体などのＦＥＰラテックスも使用されうる。混合物が自由に流動することを保証するように混合時にラテックスが約７°Ｃ（４５°Ｆ）に冷却される。符号２４８に示されるように、高速混合時に均一な混合物が形成されて、ペーストが生成される。符号２５０で示すように、ペーストが押出機に供給される（図１１の符号２６８）。符号２５４で示すように、スクリュー押出機２５２がペーストをベルト上に分散させる（図１１の符号２７８）。
【００３０】
ペーストを収容したベルト２７８が、図１１に示すようにドライヤセクション２７０を通過する。図１０の符号２５６，２５８で示すように、ドライヤセクション２７０が１００°Ｃ（２１２°Ｆ）を上回る温度で水を除去するとともに、２５０°Ｃ（４８２°Ｆ）を上回る温度で界面活性剤を除去する。加熱された混合物は下部および上部ベルト２７８，２８０を有するダブルベルトプレス２７２に進入する。一つまたは複数のベルト、例えば下部ベルトはプレス時に流れ場流路を成形するリブを含みうる。
【００３１】
図１０に戻ると、混合物は、符号２６０で示すように、高温領域２７４（図１１）において３．５〜７．０ＭＰａ（５００〜１０００ｐｓｉ）の圧力下、３００°Ｃ（５７２°Ｆ）を上回る温度に加熱される。混合物はその圧力下に維持され、符号２６２に示すように、低温領域２７６（図１１）において２００°Ｃ未満に冷却される。符号２６４で示されるように、ネットシェイプの厚さ及び幅を有する連続的な流れ場板が形成され、カッタ２８６（図１１）により複数の単体の流れ場板に分離される。成形された流れ場が約２００°Ｃ（４１５°Ｆ）でダブルベルトから排出され、この温度はほとんどのＦＥＰが凝固する温度を下回る温度であり、それにより２．１〜２．２ｇ／ｍｌの密度が所望の範囲となるような所望の物理特性がもたらされる。別の装置２６６がラミネータ２８８に流れ場板を供給してもよく、そこで前述の方法により別の流れ場板に接合される。
【００３２】
図９を参照すると、流れ場のブランクが製造される、流れ場の成形方法３００を示す。ＦＥＰ３０２および片状黒鉛粉末３０４の混合物と、水と、が混合される。符号３１２で示されるベルトへの配置前に、混合物が計量３０８され、混合３１０される。ベルトは、ダブルベルトプレス装置の一部として供給される。ダブルベルトプレス装置は、図１２Ａ，１２Ｂに示す装置と同様であるが、流れ場流路の形成に使用されるリッジを有していない。一例では、ペーストの製造に水がＦＥＰおよび黒鉛と混合されない。しかしながら、ペーストが方法３００において使用される場合、ペーストが符号３１６に示すようにダブルベルトプレス装置によって圧縮される前に、符号３１４で示すように、水をペーストから蒸発させる。混合物が圧力下で加熱され、次いで符号３１８で示すように、冷却される。
【００３３】
符号３２０で示されるように、連続的な流れ場が分割され、複数の単体の流れ場板に切断される。トリミング後、それぞれ符号３３２，３３４で示すように、同じブランクのカソード側およびアノード側に流路が機械加工される。符号３２２で示すように、機械加工からの任意の廃棄物を回収、使用してもよい。符号３３０で示すように、アノード側に湿潤性コーティングが静電塗装により適用される。図９に関連して記載した方法により黒鉛−ＦＥＰ流れ場ブランクをネットシェイプに形成するように、一例のダブルベルトプレス装置２６６が用いられる。
【００３４】
個々の流れ場板６２，１６２により、図５Ｂに示すとともに上述したように、セパレータプレートアセンブリが形成される。図１１に示すように、流れ場板６２，１６２を製造するように押出機２６６，２６６が使用される。アノード流れ場およびカソード流れ場が、低圧連続平面ラミネータ２８８を用いることにより互いに接着される。アノード流れ場は周知のように湿潤性処理を用いてコーティングされる。
【００３５】
例示の実施例について開示したが、本発明の範囲内である程度の変更が行われうることが当業者にとって理解されるであろう。そのため、本発明の真の範囲および内容を画定するために以下の特許請求の範囲を検討すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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