(57)【要約】  本発明は、−  電極膜を保管するための第１のステーション（Ａ１）、強化膜を保管するための第２のステーション（Ａ２）、第１の保管ステーション（Ａ１）および第２の保管ステーション（Ａ２）の膜を積層するためのステーション、ならびに膜組立体を加圧し加熱するためのステーション（Ｐ）と、−  第１の保管ステーション（Ａ１）および第２の保管ステーション（Ａ２）の膜、積層ステーションの積層体ならびに加圧および加熱ステーションの膜組立体を搬送し取り扱うための手段（Ｂ１、Ｂ２）と、を備える、燃料電池膜を組み立てるための設備（１）に関する。
2020518981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  電極膜（１２、２０）を保管するための第１のステーション（Ａ１）、強化膜を保管するための第２のステーション（Ａ２）、前記第１の保管ステーション（Ａ１）および前記第２の保管ステーション（Ａ２）の前記膜のための積層ステーション（Ｃ）、ならびに膜組立体を加圧し加熱するためのステーション（Ｐ）と、
−  前記第１の保管ステーション（Ａ１）および前記第２の保管ステーション（Ａ２）の前記膜、前記積層ステーション（Ｃ）の積層体ならびに前記加圧および加熱ステーション（Ｐ）の膜組立体を搬送し取り扱うための手段（Ｂ１、Ｂ２）と、
を備える、燃料電池膜を組み立てるための設備（１）。
【請求項２】
前記搬送および取り扱い手段が、膜の把持および配置手段を備える、少なくとも第１のマニピュレータ（Ｂ１）および第２のマニピュレータ（Ｂ２）を備え、前記第１のアーム（Ｂ１）が、前記第１の保管ステーション（Ａ１）から前記積層ステーション（Ｃ）に電極膜（１２、２０）を移動させるように構成され、前記第２のアーム（Ｂ２）が、前記第２の保管ステーション（Ａ２）から前記加圧および加熱ステーション（Ｐ）に１つまたは複数の膜を移動させるように構成される、請求項１に記載の設備（１）。
【請求項３】
前記第１のマニピュレータ（Ｂ１）および前記第２のマニピュレータ（Ｂ２）の前記把持および配置手段が、吸引把持手段を含む、請求項２に記載の設備（１）。
【請求項４】
前記第１のマニピュレータ（Ｂ１）の前記吸引把持手段が、真空供給手段に接続された複数のベローズ吸引カップを備える、請求項２または３に記載の設備（１）。
【請求項５】
前記第２のマニピュレータ（Ｂ２）の前記吸引把持手段が、真空供給手段に接続された複数の穿孔を含む平坦な把持面を備える剛性のフレーム（８０）を備える、請求項２〜４のいずれか一項に記載の設備。
【請求項６】
前記第１のマニピュレータ（Ｂ１）が、電極膜（１２）が裏向きになった状態で前記第１の保管ステーション（Ａ１）から前記積層ステーション（Ｃ）のトレイ（Ｃ１）までの前記電極膜（１２）の第１の移動を生じさせ、電極膜（２０）が裏向きになっていない状態で前記第１の保管ステーション（Ａ１）から前記積層ステーション（Ｃ）の前記トレイ（Ｃ１）までの前記電極膜（２０）の第２の移動を生じさせるように関節接続される、請求項２〜４のいずれか一項に記載の設備。
【請求項７】
前記積層ステーション（Ｃ）が、電極が前記トレイ（Ｃ１）の上面と同一平面になるように前記電極（１２）を保持する前記第１のマニュピレータの一部を収容するようにサイズが決められたノッチが備わったトレイを備える、請求項２〜６のいずれか一項に記載の設備。
【請求項８】
前記搬送および取り扱い手段が、第３の保管ステーション（Ａ３）に保管された支持膜（１４）を把持し配置するための手段を備えた第３のマニピュレータ（Ｂ３）を備え、前記第３のマニピュレータ（Ｂ３）が、前記第３の保管ステーション（Ａ３）から前記加圧および加熱ステーション（Ｐ）に前記支持膜（１４）を運ぶように構成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の設備。
【請求項９】
前記第３のマニピュレータ（Ｂ３）の把持および位置決めのための前記手段が、電磁石などの磁気把持手段を含み、前記磁気把持手段の磁化が前記制御手段によって制御される、請求項８に記載の設備。
【請求項１０】
前記加圧および加熱ステーションが、所与の方向において、前記第３のマニピュレータ（Ｂ３）を移動させるための長手方向のレール（３３）と前記積層ステーション（Ｃ）との間に介在し、前記レール（３３）の前記長手方向（Ｌ）は、前記所与の方向に直交している、請求項８または９に記載の設備。
【請求項１１】
前記積層ステーション（Ｃ）が、前記長手方向（Ｌ）において、前記第１の保管ステーション（Ａ１）と前記第２の保管ステーション（Ａ２）との間に配置される、請求項１０に記載の設備。
【請求項１２】
第４のセパレータシート保管ステーション（Ａ４）と、前記第１の保管ステーション（Ａ１）から前記第４の保管ステーション（Ａ４）にセパレータシートを移動させるように構成された第４のセパレータシートマニピュレータと、を備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の設備。
【請求項１３】
前記加圧および加熱ステーション（Ｐ）を使用して加圧および加熱した後、好ましくはレーザ手段による、前記膜組立体全体の外形の切断ステーション（Ｄ）を備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の設備。
【請求項１４】
前記第１の保管ステーション（Ａ１）および前記第２の保管ステーション（Ａ２）は各々、保管マガジン（３６）と、前記関連するステーションの前記膜を所定の位置に位置決めするための手段と、を備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の設備。
【請求項１５】
各マガジン（３６）が、静止フレーム上で所与の方向に、好ましくは垂直方向に直線を成す移動で誘導され、検討される前記マガジンの膜を把持するためのマニュピレータによる、前記方向で前記マガジンに及ぼされる力がない状態で前記マガジンを減衰させ所定の位置に戻すための手段（４４）を備える、請求項１４に記載の設備。
【請求項１６】
前記積層ステーション（Ｃ）において積層体を固定するための手段（Ｅ）をさらに含む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の設備。
【請求項１７】
−  前記第１の保管ステーション（Ａ１）が、好ましくは上向きに配置された拡散層を有する電極膜の垂直方向の積層体を含み、
−  前記第２の保管ステーション（Ａ２）が、開口（１４ａ）を有する第１の強化膜（１４）と、開口（１８ａ）を有する第２の強化膜（１８）と、の交互の配列を含み、各第２の強化膜（１８）が、ポリマー電解質膜（１６）に固定され、前記ポリマー電解質膜（１６）が、前記第２の強化膜（１８）の開口（１８ａ）を閉鎖し、第１の強化膜（１４）と向かい合って配置され、前記ポリマー電解質膜（１６）が、前記ポリマー電解質膜（１６）の外側縁部（１６ａ）が前記第１の強化膜（１４）および前記第２の強化膜（１８）の内側縁部（１４ｂ、１８ｂ）と外側縁部との間に内接するようにサイズが決められており、
−  前記第３の保管ステーションが、外側縁部（２６ａ）と、支持膜（２６）の開口（２６ｃ）の境界を定める内側縁部（２６ｂ）と、を有する支持膜（２６）を含み、前記開口（２６ｃ）が、前記ポリマー電解質膜（１６）が前記開口（２６ｃ）に収まりかつ前記第１の強化膜（１４）および前記第２の強化膜（１８）が前記支持膜（２６）の前記内側縁部（２６ｂ）全体を覆うことができるように寸法が決められている、
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の設備。
【請求項１８】
−  前記第１の保管ステーション（Ａ１）が、好ましくは上向きに配置された拡散層を有する電極膜の垂直方向の積層体を含み、
−  前記第２の保管ステーション（Ａ２）が、各々が１つの開口（１４ａ、１８ａ）を有する複数の強化膜（１４、１８）を含み、
−  前記第３の保管ステーション（Ａ３）が、各々がポリマー電解質膜（１６）によって形成される支持膜（２６）の積層体を含む、
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の設備。
【請求項１９】
前記支持膜（２６）が、例えば金属のフレーム（２８ａ、２８ｂ）によって支持される、請求項１７または１８に記載の設備。
【請求項２０】
前記積層ステーション（Ｃ）から前記加圧および加熱ステーション（Ｐ）に積層体が出発した後、前記積層ステーション（Ｃ）上で積層する新たなステップが続くように構成された、前記搬送および取り扱い手段を制御するための手段を備える、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池膜／電極組み立て装置の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロトン交換膜燃料電池は、ＰＥＭＦＣとして知られており、「プロトン交換膜燃料電池」または「ポリマー電解質膜燃料電池」を表し、とりわけ興味深いコンパクトな特性を有する。各セルは、プロトンの通過のみを可能にし、電子は通過させないポリマー電解質膜を含む。膜は、第１の側で陽極に接触し、第２の側で陰極に接触することで、ＭＥＡと呼ばれる膜／電極組立体を形成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の組み立ては一般に、組立体を支持するために強化膜を介在させた異なる膜および電極の連続する重ね合わせによって実行される。しかしながら様々な要素の適切な相互の位置決めを確実にするために、ポリマー電解質膜と強化膜の最適な位置決めを確実することが必須である。明白な解決策は、異なる要素を一緒に連続して組み立てることが可能なロボット装置を使用することであろう。しかしながら現在の自動式の装置または設備のいずれも、コンパクト性および組み立ての速度の点で満足のいくものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
よって本明細書は、
−  第１の電極膜保管ステーション、第２の強化膜保管ステーション、第１の保管ステーションおよび第２の保管ステーションにおける膜の積層ステーションならびに膜組立体のための加圧および加熱ステーションと、
−  第１の保管ステーションおよび第２の保管ステーションの膜、積層ステーションの積層体ならびに加圧および加熱ステーションの膜組立体を搬送し取り扱うための手段と、
−  積層ステーションから加圧および加熱ステーションに積層体が出発した後、積層ステーション上で積層する新たなステップが続くように構成された、搬送および取り扱い手段を制御するための手段と、
を備える、燃料電池膜を組み立てるための設備に関する。
【０００５】
この設備内で、電極膜は、第１の保管ステーション内に配置され、第２の強化膜は、第１のステーションから独立した第２の保管ステーション内に配置される。積層ステーションはまた、第１の保管ステーションおよび第２の保管ステーションから独立しており、第１のステーションおよび第２のステーションからの膜を積層することを可能にする。有利には、積層体が積層ステーション上で得られたとき、結果として生じる組立体は、加圧および加熱ステーションに移動される。
【０００６】
いくつかの別個のステーションの使用は、膜が保管され、所定の既知の位置に位置決めされること、および膜がそのステーション内の中心に適切に置かれ、位置決めされることを保証する。こうして、電極および強化膜を積層ステーション上で正確に積層することが可能であり、これは、異なる膜を有する単一のステーションによって達成することは困難であり、それぞれが異なるそれぞれの寸法（異なる体積）を有することがその理由である。ステーションは、指示された膜のみの保管に限定されるのではないことに留意すべきであり、そのため、保管ステーションは、必要であれば別の膜の保管も可能にしつつ、言及される膜の保管を可能にする必要があることを理解されたい。よって第２のステーションは、別の膜が装着される強化膜の保管を可能にすることができ、その結果第２のステーションは確かに強化膜のための保管ステーションではあるが、強化膜だけのためではない。
【０００７】
加えて、ステーションの目的は、必然的に前記膜を含む、設備のために予め定義されるように、これらのステーションがないことが考慮された前記膜の保管を可能にすることであることを理解すべきである。
【０００８】
別の特徴によると、搬送および取り扱い手段は、膜の把持および配置手段を含む少なくとも第１のマニピュレータおよび第２のマニピュレータを備え、第１のアームが、電極膜を第１の保管ステーションから積層ステーションに移動させるように構成され、第２のアームが、１つまたは複数の膜を第２の保管ステーションから加圧および加熱ステーションに移動させるように構成される。
【０００９】
よって所与のタイプの膜を含む各保管ステーションは、膜を積層ステーションに移動させるために専用のマニピュレータに関連し、このことは、とりわけ電極膜および強化膜の様々な厚さならびに膜の様々な剛性／柔軟性の理由で、膜の各タイプに合わせて把持および配置手段の設定を最適化することを可能にする。
【００１０】
これは、第１のマニピュレータおよび第２のマニピュレータの把持および配置手段が吸引把持手段を含む場合により特に適しており、膜の表面に加えられる真空は、把持される膜によってマニピュレータの各々に対して事前に決められている。
【００１１】
設備の別の特徴によると、第１のマニピュレータは、真空を供給するための手段に接続された複数のベローズ吸引カップを含む。第２のマニピュレータについて言えば、第２のマニピュレータは、真空を提供するための手段に接続された複数の穿孔を含む平坦な把持面を備える剛性のフレームを含むことができる。
【００１２】
設備の特定の実施形態において、第１のマニピュレータは、電極膜が裏向きになった状態で第１の保管ステーションから受け取りステーションのトレイまでの電極膜の第１の移動を行うことが可能であるように、かつ電極膜が裏向きになっていない状態で第１の保管ステーションから受け取りステーションのトレイまで別の電極膜の第２の移動を行うことが可能であるように関節接続される。
【００１３】
各電極膜は、互いから隔てられた第１の層および第２の層を含んでよい。第１の層は、炭素繊維で形成された拡散層であり、白金などの触媒を包含する結合剤を含む第２の触媒層が第１の層に堆積される。電極膜の第１のマニュピレータの関節のこの構成によって、電極とその後の強化膜の積層体の形成、および第２の層が強化膜に向き合って配置される状態での強化膜とその後の電極膜の積層体の形成が可能になり、また、このことは、触媒を保持する電極の第２の層の把持は回避しつつ第１のマニピュレータの把持および配置手段によって把持可能なように第１の層が上向きに配置された状態で、同一の方法で上下になった、好ましくは垂直方向の電極膜の積層体を含む第１のステーションを使用することによるものである。
【００１４】
好ましくは、積層ステーションは、電極がトレイの上面と同一平面になるように電極を保持する第１のマニュピレータアームの一部を収容するようにサイズが決められたノッチを備えるトレイを含む。
【００１５】
設備の別の特徴によると、搬送および取り扱い手段は、第３の保管ステーションに保管された支持膜を把持し配置するための手段を備える第３のマニュピレータを含んでおり、この第３のマニュピレータは、第３の保管ステーションから加圧および加熱ステーションに支持膜を運ぶように構成されている。支持膜は、第３のマニュピレータの把持および配置手段によって操作することができる金属フレームの中に動かないように固定することができる。
【００１６】
第３のマニュピレータの把持および配置手段は、電磁石などの磁気把持手段を含んでもよく、磁気把持手段の磁化が、制御手段によって制御される。
【００１７】
また、加圧および加熱ステーションは、所与の方向において、第３のマニュピレータを移動させる長手方向のレールと積層ステーションとの間に介在する場合もあり、レールの前記長手方向は、前記所与の方向に直交している。
【００１８】
積層ステーションは、長手方向において、第１の保管ステーションと第２の保管ステーションとの間に配置することができる。
【００１９】
設備は、第４のセパレータシート保管ステーションと、第１の保管ステーションから前記第４の保管ステーションにセパレータシートを移動させるように構成された第４のセパレータシートマニュピレータと、を含んでもよい。これらのセパレータシートは、第１の保管ステーションからの２つの電極膜の間に挿入することができる。セパレータシートは第１に、電極が同じ方法で全て位置決めされ、第１の層または拡散層が上を向いており把持手段によって把持することが可能であるとき、電極の第２の層の隣接する電極の第１の層との摩擦を制限することによって、第２のアクティブ層の保護機能を提供する。加えて、セパレータシートを、平滑な表面、少なくとも電極の第２の層より平滑な表面と共に使用することは、吸引による把持が、セパレータシートのない場合にあり得る２つの電極の同時把持を引き起こすのを阻止する。
【００２０】
別の特徴によると、設備は、加圧および加熱ステーションを使用して加圧および加熱した後、好ましくはレーザ手段を使用する、膜組立体全体の外形の切断ステーションを含む。
【００２１】
好ましくは、第１の保管ステーションおよび第２の保管ステーションは各々、保管マガジンと、関連するステーションの膜を所定の位置に位置決めするための手段と、を含む。したがって第１のステーションおよび第２のステーションの膜の各々の空間的位置決めは、保管ステーションの各々の基準フレームにおいて実行され、これにより、積層ステーションにおける膜の位置の空間内での、例えば光学手段による能動的判定を行う必要を回避する。
【００２２】
好ましくは、各マガジンは静止フレーム上で所与の方向に、好ましくは垂直方向に誘導され、関連するマガジンの膜を把持するためのマニュピレータによる、その方向でマガジンに及ぼされる力がない状態でマガジンを減衰させ所定の位置に戻すための手段を含んでおり、このことは、マニュピレータがマガジンの膜の積層体の上部の膜と接触して、マニュピレータおよび把持されている膜に対して過度なストレスを誘発させるのを回避することによってマニピュレータが各膜を掴みやすくする。
【００２３】
積層ステーションは有利には、積層ステーションにおいて積層体を固定するための手段を備える。これによって、積層された膜を、加圧および加熱ステーションに移動させる前に積層ステーション上の所定の位置に固定することが可能になる。
【００２４】
設備の第１の可能な使用において、設備は、
−  第１の保管ステーションは、上向きに配置された拡散層を有する電極膜の垂直方向の積層体を含み、
−  第２の保管ステーションは、開口を有する第１の強化膜と、開口を有する第２の強化膜と、の交互の配列を含み、各第２の強化膜は、ポリマー電解質膜に固定され、ポリマー電解質膜は、第２の強化膜の開口を閉鎖し、第１の強化膜と向かい合って配置され、ポリマー電解質膜は、その外側縁部が第１の強化膜および第２の強化膜の内側縁部と外側縁部との間に内接するようにサイズが決められており、
−  第３の保管ステーションは、外側縁部と、支持膜の開口の境界を定める内側縁部と、を有する支持膜の積層体を含み、この開口は、ポリマー電解質膜が前記開口に収まりかつ第１の強化膜および第２の強化膜が支持膜の内側縁部全体を覆うことができるように寸法が決められている
ようになっている。
【００２５】
設備の第２の可能な使用において、
設備は、
−  第１の保管ステーションは、上向きに配置された拡散層を有する電極膜の垂直方向の積層体を含み、
−  第２の保管ステーションは、各々が１つの開口を有する複数の強化膜を含み、
−  第３の保管ステーションは、ポリマー電解質膜によって各々形成される、支持膜の積層体を含む
ようになっている。
【００２６】
支持膜は、例えば金属製のフレームによって支持することができる。このフレームは、支持膜が、変形せずにその平坦さを保証するように張力がかけられることを保証する。
【００２７】
本明細書は、上に記載したように加圧および加熱ステーション内で使用することが意図された加熱および冷却トレイに関する。トレイは、少なくとも１つの加熱コードと、内部の１つの冷却剤システムと、を含むことができる。
【００２８】
そのようなトレイの使用によって、液体回路を組み込むことによる、トレイの迅速な加熱と迅速な冷却が可能になる。
【００２９】
別の特徴によると、加熱コードおよび冷却剤回路は、概ね１つの平面内に各々配置され、これらの平面は、互いに異なり、すなわち別個のものであり、プレートの第１の面、加熱コード、冷却回路およびその後のプレートの第２の面を連続して有するように、互いに対して、かつプレートの第１の側および第２の側に対して平行である。
【００３０】
好ましくは、加熱コードの平面は、トレイの表面を加熱すべき要素と接触させることができるように、トレイの表面にできるだけ近づけて配置されるべきである。
【００３１】
別の特徴によると、第１の側は、前記加熱コードを収容する少なくとも１つの溝を含み、冷却システムは、少なくとも１つの冷却液循環チャネルを含む。
【００３２】
冷却および加熱の良好な分散を可能にするために、冷却チャネルおよび溝の各々は、コイル式タイプである。
【００３３】
トレイは、熱導電性材料で作製された少なくとも１つの第１のプレートを備えることができ、この第１のプレートは、トレイの第１の面を形成する第１の面上の前記少なくとも１つの溝と、冷却液循環チャネルを形成するために、反対側の第２の面上の、第２のプレートによって密閉される少なくとも１つの溝と、を備える。
【００３４】
第１のプレートを、熱伝導性セメントによって併せて組み立てられた２つの層で作製することで、加熱コードを組み込む第１の層と、冷却回路を組み込む第２の層と、の２つの層の一方から他方への熱の流れを促進することができる。
【００３５】
好ましくは、前記少なくとも１つの溝および前記少なくとも１つのチャネルのうちの少なくとも一方は、前記第１のプレートまたはトレイの側面につながる。
【００３６】
別の特徴によると、第１のプレートは、少なくとも１００Ｗ／ｍ／Ｋの熱伝導係数および少なくとも１００ＧＰａのヤング係数を有する、例えば金属などの材料で作製される。そのような組合せは、良好な熱伝導特性（加熱および冷却性能）、冷却回路を機械加工することによる簡素な製造を可能にしつつ、それが圧縮力に耐えることができるようにする良好な機械的特性を備えた材料に対する優れた妥協点を有することを可能にする。
【００３７】
材料の良好な例は、銅であり、これは３９０Ｗ／ｍ／Ｋの熱伝導係数および１２４ＧＰａのヤング係数を有する。真鍮もまた、１２０Ｗ／ｍ／Ｋの熱伝導係数および１００ＧＰａ〜１３０ＧＰａのヤング係数を有するため、好適である。
【００３８】
好ましくは、加熱コードは、抵抗性であり、電源手段に接続された２つの自由端を含む。
【００３９】
加熱コードは、ニッケルワイヤによって外側からつや消しにすることもできる。
【００４０】
別の特徴は、冷却システムが、横並びに配置され、同一平面内に延びる少なくとも２つの流体式に独立した部分で構成される点である。
【００４１】
また、各回路部分は、流入部および流出部を備えたコイル式である場合もあり、回路の流入部からプレートの中心までの回路に沿った距離は、回路の流出部からプレートの中心までの距離より短い。
【００４２】
本明細書はまた、トレイと、熱伝導性材料で作製された圧縮プレートと、を備える組立体も網羅しており、この圧縮プレートは、トレイの第１の面に当てられ、第１のプレートの屈曲作用を制限するために、加熱コードの正中面の両側の材料の質量が実質的に同じになるように寸法が決められている。
【００４３】
加えて、上に記載したタイプのプレートまたは上に挙げた組立体を自由端に有するピストンを備える、燃料電池膜／電極組立体を製造するためのプレスもなお関連している。
【００４４】
あるいは、プレスは、ピストンに面する静止支持体を含む場合もあり、支持体は、上に記載したタイプのトレイまたは上に挙げたような組立体を保持している。
【００４５】
加えて、膜／電極組立体と接触させることが意図される取り外し可能な圧縮プレートが上に当てられる加熱および冷却プレートを一端に備えるピストンを備える、燃料電池膜／電極組立体を作製するための油圧式プレスも記載されている。
【００４６】
そのようなプレスによって、圧縮プレートのみを変えることによって加熱および冷却区域を作製される膜／電極組立体の寸法に適合させることが可能になり、これは、簡単であり、迅速に行われる。圧縮プレートは、良好な熱伝導性材料で作製される。圧縮プレートは、加熱および冷却トレイと同様の熱伝達および機械的抵抗特性を有することができる。圧縮プレートは、加熱および冷却プレートと同じ材料で作製することができる。
【００４７】
添付の図面を参照して、非制限的な例として提供される以下の記載を読んだとき、本発明はよりよく理解され、本発明の他の詳細、特徴および利点が明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明による設備によって実行されることが意図される第１の電極−ポリマー電解質膜／電極組立体の概略図である。
【図２】本発明による設備によって実行されることが意図される第２の電極−ポリマー電解質膜／電極組立体の概略図である。
【図３】本発明による設備の概略斜視図である。
【図４】本発明による設備の別の斜視図である。
【図５】本発明による設備の概略斜視図である。
【図６】本発明による設備の複数のステーション、詳細には、１つの積層ステーションと、前記積層ステーションの両側に配置された２つの膜保管ステーションと、の概略正面斜視図である。
【図７】図６と同様の、異なる視角に沿った概略斜視図である。
【図８】図６と同様の、異なる視角に沿った概略斜視図である。
【図９】積層ステーションおよび積層体固定手段の概略斜視図である。
【図１０】固定手段単独の概略斜視図である。
【図１１】第１の電極膜保管ステーションの概略斜視図である。
【図１２】電極膜の第１のマニュピレータの概略斜視図である。
【図１３】第１のステーションおよびセパレータシートマニュピレータの概略斜視図である。
【図１４】第２の強化膜保管ステーションの概略斜視図である。
【図１５】第２の強化膜マニュピレータの概略斜視図である。
【図１６】長手方向の進行レール上に設置された第３のマニュピレータの概略斜視図である。
【図１７】図１６の第３のマニュピレータの概略斜視図である。
【図１８】膜の第１の積層体を作製するステップを表す図である。
【図１９】膜の第１の積層体を作製するステップを表す図である。
【図２０】膜の第１の積層体を作製するステップを表す図である。
【図２１】膜の第１の積層体を作製するステップを表す図である。
【図２２】膜の第２の積層体を作製するステップを表す図である。
【図２３】膜の第２の積層体を作製するステップを表す図である。
【図２４】膜の第２の積層体を作製するステップを表す図である。
【図２５】図１に示される組立体を得るために膜を積層する方法を示す図である。
【図２６】図２５における要素の外形の概略図である。
【図２７】図２に示される組立体を得るために膜を積層する方法を示す図である。
【図２８】本発明による加熱および冷却トレイの概略断面図である。
【図２９】加熱および冷却トレイのための冷却回路の第１の実施形態の概略図である。
【図３０】加熱および冷却トレイのための冷却回路の第２の実施形態の概略図である。
【図３１】加熱および冷却トレイのための冷却回路の第２の実施形態の概略図である。
【図３２】加熱および冷却トレイのための加熱手段の概略断面図である。
【図３３】加熱および冷却トレイを備えるプレスの第１の実施形態を表す図である。
【図３４】加熱および冷却トレイを備えるプレスの第１の実施形態を表す図である。
【図３５】加熱および冷却トレイを備えるプレスの第１の実施形態を表す図である。
【図３６】加熱および冷却トレイを備えるプレスの第１の実施形態を表す図である。
【図３７】加熱および冷却トレイを備えるプレスの第２の実施形態を表す図である。
【図３８】加熱および冷却トレイを備えるプレスの第２の実施形態を表す図である。
【図３９】加熱および冷却トレイを備えるプレスの第２の実施形態を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
まず第１に、図１を参照すると、図１は、ＭＥＡと呼ばれるポリマー電解質膜／電極組立体１０を表しており、図３および以下を参照して記載される設備によって得られるように意図されており、下から上に連続する要素、
−  燃料電池内に陽極を形成することが可能な第１の電極１２または下部電極と、
−  第１の電極１２によって底部において閉鎖された開口１４ａを画定する内側縁部１４ｂを備え、第１の電極１２の外側縁部１２ａが、第１の強化膜１４の内側縁部１４ｂと接触している、第１の膜１４または下部強化膜と、
−  プロトン伝導を確実にするポリマー電解質膜１６と、
−  開口１８ａを画定する内側縁部１８ｂを備える第２の膜１８または上部強化膜と、
−  燃料電池内に陰極を形成し、頂部において上部強化膜１８の開口１８ａを閉鎖することが可能であり、第２の電極２０の外側縁部２０ａが第２の強化膜１８の内側縁部１８ｂと接触している、第２の電極２０または上部電極と、
を備える。
【００５０】
各電極膜１２、２０は、互いから隔てられた第１の層および第２の層を含む。第１の層は、炭素繊維で形成された拡散層であり、第１の層の上に、白金などの触媒を包含する結合剤を含む第２の触媒層が堆積される。示される構成では、第２の触媒層は、ポリマー電解質膜１６と接触するように配置されている。
【００５１】
図１では、上に挙げた異なる層は互いに接触しており、前記層の間の隙間は、実際の組立体には存在しないことを理解されたい。したがって、膜／電極組立体は、その内部には空間または空洞がない。実際には、第１の電極１２および第２の電極２０は、ポリマー電解質膜１６と各々接触している。この図面に明らかに見ることができるように、ポリマー電解質膜１６は外側縁部１６ａを有し、外側縁部１６ａは、
−  頂部において第１の強化膜１４の開口１４ａを閉鎖するために、頂部において第１の強化膜１４の内側縁部１４ｂ上に当てられ、
−  頂部において第２の強化膜１８の開口１８ａを閉鎖するために、底部において第２の強化膜１８の内側縁部１８ｂに当てられる。
【００５２】
したがって、ポリマー電解質膜１６は、第１の強化膜１４と第２の強化膜１８との間に完全に嵌合され、よってポリマー電解質膜を冷却液および純ガスの通路から隔離する。このタイプの組立体は、「アンチ−ウィッキング」として知られる。より正確には、図１に提示される組立体は、電解質膜−電極−強化膜組立体１０の外形を形成する密閉された外形の周辺の切り取り部２２を含む。組立体１０はまた、前記周辺の切り取り部２２と、ポリマー電解質膜１６の外側縁部１６ａと、の間に穴２４を含み、これらの穴２４は、冷却液および純ガス（Ｈ２およびＯ２）の通過のために意図されている。換言すると、これらの穴２４は、ポリマー電解質膜１６と、第１の電極１２および第２の電極２０と、を取り囲む周辺区域に形成される。
【００５３】
図２は、以下に記載される設備によって実行することができる第２の組立体１１を示す。異なる膜の積層体は、図１を参照して記載したものと同一である。しかしながらこの図面に示される組立体は、「アンチ−ウィッキング」機能を果たさず、すなわちポリマー電解質膜は、図１を参照して説明したように第１の強化膜１４と第２の強化膜１８との間に限定されるのではなく、第１の強化膜１４と第２の強化膜１８との間のあらゆる場所に延在する。実際には、ポリマー電解質膜１６のみが、図１を参照して記載した組立体１０とは異なる。
【００５４】
次に図３〜図８を参照すると、これらの図は、本発明による設備を表しており、図８は、図３〜図７に示される設備の図式的な表現である。設備の様々なユニットがここで１つずつ記載され、対になって直交する空間の３つの直角に交わる方向、すなわち、一つは長手方向Ｌ、もう１つは横方向Ｔの２つの水平方向と、垂直方向Ｚと、で互いに対して位置決めされている。
【００５５】
図３、図４および図５に示される設備１は、
−  電極膜１２、２０を保管するための第１のステーションＡ１と、
−  強化膜を保管するための第２のステーションＡ２と、
−  支持膜を保管するための第３のステーションＡ３と、
−  電極膜１２、２０を保管するための第１のステーションＡ１の２つの連続する電極膜１２、２０の間に挿入されるセパレータシートを保管するための第４のステーションＡ４と、
−  図１および図２を参照して記載した最終的なポリマー電解質膜−電解質膜−強化膜組立体を保管するための第５のステーションＡ５と、
−  膜廃棄物を保管する、または回収するための第６のステーションＡ６と、
−  第１の保管ステーションＡ１および第２の保管ステーションＡ２から膜を積層するためのステーションＣまたは受け取るためのステーションと、
−  膜組立体を加圧し、加熱するためのステーションＰと、
−  図１および図２を参照して記載したような組立体１０、１１を切断するためのステーションＤと、
−  第１のステーションＡ１、第２のステーションＡ２および第３のステーションＡ３からの膜、積層ステーションＣからの積層体、加圧および加熱ステーションＰならびに切断ステーションＤからの組立体を搬送し取り扱うための手段と、
を含む。
【００５６】
搬送および取り扱い手段は、複数のマニピュレータを含み、すなわち図面に示される実施形態では５つのマニピュレータを含む。各マニピュレータは、１つの膜または互いと一体になった複数の膜を把持し配置するための手段を含む。
【００５７】
第１のマニピュレータＢ１は、電極膜が、第１の保管ステーションＡ１から積層ステーションＣまで移動することを可能にするように構成される。第２のマニピュレータＢ２は、強化膜１４、１８が、第２の保管ステーションＡ２から積層ステーションＣまで移動することを可能にするように構成される。第３のマニピュレータＢ３は、支持膜が、第３の保管ステーションＡ３から加圧および加熱ステーションＰまで移動することを可能にするように構成される。第４のマニピュレータＢ４は、セパレータシートが、第１の保管ステーションＡ１から第４のセパレータシート保管ステーションまで移動することを可能にするように構成される。第５のマニピュレータＢ５は、最終的な組立体が、切断ステーションＤから第５の組立体１０、１１保管ステーションＡ５まで移動し、膜廃棄物が、切断ステーションＤから第６の保管ステーションＡ６まで移動することを可能にするように構成される。
【００５８】
設備１はまた、積層ステーションＣにおいて積層体を固定するための手段Ｅも含む。
【００５９】
加圧および加熱ステーションＰは、長手方向に横並びに配置された２つのプレスＰ１、Ｐ２で構成される。プレスＰ１およびＰ２は各々、プレス支持体Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂの反対側で垂直方向に動くように配置されたピストンＰ１ａ、Ｐ２ａを備え、ピストンおよびプレス支持体は、プレスフレームＰ１ｃ、Ｐ２ｃによって保持される。第１のプレスＰ１は、下部電極−ポリマー電解質膜−上部電極の積層区域Ｚ１の制御された加圧、加熱および冷却を行い、この区域Ｚ１は、図１および図２に示される。この区域Ｚ１は、全ての電極を含み、好ましくはこれらのみを含む。第２のプレスＰ２は、環状であり電極を取り囲む膜積層区域Ｚ２の制御された加圧、加熱および冷却を行う。区域Ｚ２は図１および図２に示される。この区域Ｚ２は、全ての電極を含み、好ましくはこれらのみを含む。
【００６０】
プレスＰ１のフレームＰ１ｃは、膜を固定するための手段を所持しており、このケースでは、膜に適用されることが意図される加熱パンチＰ１ｄを含む。
【００６１】
図面に明らかに見ることができるように、積層ステーションＣは、長手方向において、第１の保管ステーションＡ１と第２の保管ステーションＡ２との間に配置される。加圧および加熱ステーションＰは、横方向Ｔにおいて、積層ステーションＣと、第３のマニピュレータＢ３の長手方向の移動を可能にする長手方向のレール３３と、の間にここでは配置される。プレスＰ１の支持体Ｐ１ｂ上での横方向Ｔの第１の方向での積層ステーションＣからの１セットの膜およびマニピュレータＢ３による支持膜の供給を可能にするための横方向と、移動の終わりでの、横方向Ｔの他の道筋で、したがって縮小された寸法を有する設備１を有することを可能にする他の道筋の両方でアクセス可能なプレスＰ１の支持体Ｐ１ｂに関連するこの配置の重大性は後に理解されるであろう。
【００６２】
加圧および加熱ステーションＰは、長手方向において、切断ステーションＤと第３の保管ステーションＡ３との間に配置され、第３の保管ステーションＡ３は、横方向において、第２の保管ステーションＡ２の向かい側に配置される。また、積層ステーションＣは、長手方向において、第１の保管ステーションＡ１と第２の保管ステーションＡ２との間に挟まれている。
【００６３】
図１および図２を参照して記載したような組立体１０、１１を切断するためのステーションＤは、周辺の切断部２２および穴２４を介して生成されるガスを抜き取るためのフードの内側に限定されたレーザ手段を含んでもよい。
【００６４】
次に図６〜図８を参照すると、図６〜図８は、積層ステーションＣ、第１の保管ステーションＡ１、第２の保管ステーションＡ２および第４の保管ステーションＡ４の概略斜視図を表している。積層ステーションＣは、開口Ｃ２、より正確には、Ｕ字型のノッチの形状の開口Ｃ２を備えるトレイＣ１を備えており、このノッチの機能は、本発明による第１の積層の実施形態を示す図２１〜図２４に関連して作成された記載において後にはっきりと見えてくる。これらの図６〜図８では、第１のマニピュレータＢ１、第２のマニピュレータＢ２および第４のマニピュレータＢ４をはっきりと見ることができる。
【００６５】
図９および図１０は、積層トレイＣ１と、固定手段Ｅと、を備える積層ステーションＣを別々に示している。トレイＣ１および前記固定手段Ｅは、静止フレーム３０によって保持されている。固定手段Ｅは、積層ステーションＣ上で積層された膜の溶接を可能にする例えば４つの加熱パンチＥ１を含んでおり、そのような固定手段Ｅは、支持フレーム３０に対しておよび積層トレイＣ１に対して並進するように移動することができるスライド３４に固定されたベース３２によって保持される。固定を達成するために、加熱パンチＥ１は、それらが積層ステーションＣ上に位置決めされた膜の積層体と接触するまで移動される。パンチＥ１は、トレイＣ１上の積層体を支持し加熱することを理解されたい。固定は、強化膜１４、１８と電極膜１２、２０との間で実施される。実際には、これは、強化膜１４、１８による開口１４ａ、１８ａの直接の周辺部、好ましくは矩形形状を有する開口１４ａ、１８ａの４つの角で行われる。
【００６６】
図１１および図１２は、第１の電極膜１２、２０保管ステーションＡ１、および第１の電極膜１２、２０のマニピュレータＢ１を表している。第１の保管ステーションＡ１は、電極膜１２、２０の積層体を受け取ることが意図されたトレイ３８を備える、電極膜１２、２０の積層体保管マガジン３６を含む。トレイ３８の縁部には、電極膜を所定の位置に位置決めするための手段４０が備わっている。これらの配置手段４０は、電極１２、２０の構成で位置決めされた縁部によって形成される。電極１２、２０保管マガジン３６は、第１のマニュピレータＢ１によって所与の垂直方向Ｚでユニットに対して及ぼされる圧迫力がない状態で、所定の位置でユニットの減衰および戻し手段４４を保持する静止トレイ４２上で前記方向Ｚに移動するように誘導される。この目的のために、垂直方向に接続するロッド４６が、マガジン３６のトレイ３８をその上端部において剛性接続し、その下端部で、レバー５０の第１の端部４８に回転式にヒンジ留めされ、レバーの反対側の第２の端部５２が、釣り合いおもり５４を保持する。レバーの第１の端部４８および第２の端部５２は、静止トレイ４２と一体となった枢軸５５によって隔てられている。図１４に見ることができるように、接続ロッド４６は、静止トレイ４２を貫通し、静止トレイ４２の中の開口を通る垂直方向の並進によって誘導される。したがって、静止トレイ４２は、マガジン３６とレバー５０との間に挿入される。
【００６７】
好ましくは、マガジン３６はまた、ユニットの追加の垂直方向の並進ガイド手段５６によっても静止トレイ４２に接続されて、静止トレイ４２の開口内へのロッド４６の摺動運動から生じる垂直方向の並進誘導の誤差を補償する。
【００６８】
第１のマニピュレータアームＢ１は有利には、接続部分６２によって互いに接続された第１の回転継ぎ手５８および第２の回転継ぎ手６０を備える。２つの継ぎ手５８、６０はここでは関節接続され、互いに対して平行であり横方向Ｔに延在する軸に沿って回転される。第２の継ぎ手６０は、設備のフレーム６４上に、かつ部分６２の第１の端部上に設置され、第１の回転軸周りで互いに対して相対的にそれらを関節接続する。第１の継ぎ手５８は、部分の第２の端部上に設置され、かつ回転軸に平行な方向に細長くなり、膜を把持し配置するための手段を保持する支持体６６の一端上に設置される。これらの把持および配置手段６８は、吸引把持手段を含んでおり、吸引把持手段は第１のステーションのケースでは、有利には、横方向Ｔに整列され、真空供給手段に接続された吸引カップを含む。
【００６９】
作動中、第１のマニピュレータＢ１は、電極膜１２、２０が電極マガジン３６から取り去られる位置と、電極膜１２、２０が積層ステーションＣのトレイの上に置かれる位置と、の間で移動することが可能である。有利には、配置位置は、電極膜１２、２０が、トレイＣ１に接触する、または別の膜が後で現れたときその膜に接触するように配置される位置に対応しており、把持手段６８は、電極が維持されることを確実にするために活動状態に維持される。実際には、第１のマニピュレータＢ１は、積層ステーションＣのトレイＣ１上に電極膜１２、２０のための第１の配置位置および第２の配置位置を含む。第２の配置位置では、第１のマニピュレータＢ１は、電極膜１２が裏向きになっていない状態で電極膜１２を第１の保管ステーションＡ１から積層ステーションＣのトレイＣ１まで移動させる。第１の配置位置では、第１のマニピュレータＢ１は、電極膜２０が裏向きになった状態で第１の保管ステーションＡ１から積層ステーションＣのトレイＣ１までの電極膜２０の２回目の移動を生じさせる。この第１の位置では、図２２に示されるように、および図２１〜図２７を参照して行われる設備の作動の記載に関連してより明らかになるように、細長い吸引カップ支持体６６が、積層トレイＣ１のノッチＣ２に嵌合される。また、第１のマニピュレータＢ１のこのタイプの移動は、第１の保管ステーションＡ１における同じ方法での電極膜１２、２０の単純な積層を、電極膜１２、２０の第１の側が上を向いている状態で可能にし、その結果、それを把持面として使用することができ、また触媒を保持する第２の側の配向を積層ステーションにおいて下向きまたは上向きにできるようにする。
【００７０】
図１３は、セパレータシートを把持し配置するため手段７２を一端に保持する部分７０を備える第４のマニピュレータＢ４を示しており、このような手段はまた、真空供給手段に接続された吸引カップ７２も備える。第４のマニピュレータＢ４の部分７０は、設備のフレーム７６に対して垂直方向に移動することができる支持体７４上で、吸引カップ７２と反対側の部分７０の端部で回転式に関節接続される。第４のマニピュレータＢ４はこうして、作動中に、セパレータシートを把持し、セパレータ膜の第４の保管ステーションＡ４にそれを供給することを可能にする。
【００７１】
図１４は、図１１を参照して記載した第１の保管ステーションＡ１と極めて似ている第２の強化膜１４、１８の保管ステーションＡ２を表している。これは再度記載されない。第２のマニピュレータＢ２は、図１５に見ることができ、これもまた、互いに対して平行な軸を備える２つの回転式の継ぎ手５８、６０を含む。第１のマニピュレータＢ１とは異なり、第２のマニピュレータＢ２は、横方向に摺動するレールなどの並進移動手段７８を含む。また、第２の回転継ぎ手６０は、このケースでは真空供給手段に接続された複数の穿孔を有する平坦な把持面を有する剛性のフレーム８０によって形成される吸引把持手段を備える把持および配置手段を保持する。第１のマニピュレータＢ１とは異なり、第２のマニピュレータＢ２は、膜または互いに固定された複数の膜のセットが裏向きになっていない状態で第２のステーションＡ２から積層ステーションＣのトレイＣ１まで膜または膜の前記セットの偏位移動を実行するように構成される。
【００７２】
図１６および図１７は、長手方向のレール３３上に設置された横方向の並進レール８２を備える第３のマニピュレータＢ３を示す。横方向のレール８２は、横方向に延びる支持体８５に固定された垂直方向のレール８４を保持する。この方法では、第３のアームＢ３は、空間の長手方向Ｘ、横方向Ｔおよび垂直方向Ｚの３方向に移動することができる。第３のアームＢ３の支持体８５は、設備の制御手段によって作動される電磁石を含む磁気把持および配置手段８６を保持している。これらの把持および配置手段は、第３の保管ステーションＡ３から金属フレームを把持し、それを第１のプレスＰ１の下に運ぶことが可能である。
【００７３】
第５のマニピュレータＢ５が図５に示されており、第５の保管ステーションにおけるポリマー電解質膜−電極組立体および第６のステーションにおける金属フレームの保管を可能にするために、金属フレームの移動を可能にする吸引把持手段および磁気把持手段を含む把持および配置手段を含む。
【００７４】
本発明による設備１は有利には、記載されるような第２のステーションおよび第３のステーションの供給の形式に応じて、図１による組立体１０または図２による組立体１１の製造を可能にするように使用することができる。
【００７５】
図１を参照して記載される組立体１０を得るために、第１の保管ステーション、第２の保管ステーションおよび第３の保管ステーションは、以下のように供給されるべきである。
−  第１の保管ステーションＡ１は、上向きに配置された第１の拡散層を有する電極膜１２、２０の垂直方向の積層体を含み、
−  第２の保管ステーションＡ２は、開口１４ａを有する第１の強化膜１４と、開口１８ａを有する第２の強化膜１８と、の交互の配列を含み、各第２の強化膜１８は、ポリマー電解質膜１６に固定され、ポリマー電解質膜１６が、第２の強化膜１８の開口を閉鎖し、第１の強化膜１４と向かい合って配置され、ポリマー電解質膜１６は、その外側縁部１６ａが、第１強化膜１４および第２の強化膜１８の内側縁部１４ｂ、１８ｂと外側縁部との間に内接するようにサイズが決められており、
−  第３の保管ステーションＡ３は、外側縁部２６ａと、膜２６の開口２６ｃの境界を定める内側縁部２６ｂと、を有する支持膜２６を含み、この開口２６ｃは、ポリマー電解質膜１６が前記開口２６ｃに収まりかつ第１の強化膜１４および第２の強化膜１８が支持膜２６（図２５および図２６）の内側縁部２６ｂ全体を覆うことができるようにサイズが決められており、各支持膜２６は、支持膜２６を保持するためのフレーム２８を形成する２つの金属部分２８ａ、２８ｂの間で、その外側縁部２６ａによって圧締めすることが可能であり、金属である部分２８ａ、２８ｂの少なくとも一方における、第３のマニピュレータＢ３の磁気把持手段８６による支持膜２６の取り扱いを可能にし、２つの部分２８ａ、２８ｂは場合によっては金属である。
【００７６】
図１８〜図２４に示されるように、第１のマニピュレータＢ１は、第１の電極１２をその拡散層によって把持し、その後、第１の電極１２の第２の層が上を向いている状態で、第１のマニピュレータアームＢ１をその第１の配置位置で積層ステーションＣ上に位置決めするように操作される。第２のステップにおいて、第２のマニピュレータＢ２が、第１の強化膜１４を単独で、第２の保管ステーションＡ２から積層ステーションＣに移動させることで、第１の強化膜１４の開口１４ａが、第１の電極１２によって第１の強化膜１４の底部で閉鎖される。第３のステップでは、第１の電極膜１２および第１の強化膜１４は、積層ステーションＣに配置された固定手段Ｅを用いて併せて固定される。第１のアームＢ１および第２のマニピュレータＢ２の吸引把持手段が、固定する段階の間、活動状態に維持されることで、各膜はそのマニピュレータに固定されることに留意されたい。第４のステップでは、こうして形成された組立体は、第２のマニピュレータＢ２を使用して積層ステーションＣからプレス支持体Ｐ１ｂまで移動され、第２のマニピュレータＢ２の吸引把持手段は、２つの膜の組立体の移動を可能にするために活動状態に維持されるのに対して、第１のマニピュレータＢ１の吸引把持手段は、非活動状態にされる。第５のステップでは、金属フレーム２８の中に封入された支持膜２６が、第３のマニピュレータＢ３によって、第１の電極１２と第１の強化膜１４によって形成された組立体の上に運ばれ、支持膜２６の内側縁部２６ｂは、第１の強化膜１４の外側縁部１４ｃに当てられる。第６のステップにおいて、第２のマニピュレータＢ２を使用して、これ以前に互いに固定されている第２の強化膜１８とポリマー電解質膜１６との組立体からサンプルを取り出す。この組立体は、第７のステップにおいて積層ステーションＣのトレイＣ１の上に移動され、第８のステップにおいて、第２の電極２０が、その第２の配置位置にある第１のマニピュレータＢ１を使用して第１の保管ステーションＡ１から積層ステーションＣまで運ばれることで、それは、頂部において第２の強化膜１８の開口１８ａを閉鎖する。第１のアームＢ１および第２のマニピュレータＢ２の吸引把持手段は、固定段階の間、活動状態に維持されることに留意されたい。第９のステップにおいて、第２の電極膜２０および第２の強化膜１８が積層ステーションＣに配置された固定手段Ｅを使用して併せて固定される。第１０のステップでは、こうして形成された組立体を積層ステーションからプレスＰ１の下まで移動させることで、第２の強化膜１８の外側縁部は支持膜の内側縁部全体を覆う。このステップは、第２のマニピュレータＢ２を使用して実行され、第２のマニピュレータＢ２の吸引把持手段が全ての膜の移動を可能にするために活動状態に維持されるのに対して、第１のマニピュレータＢ１の吸引把持手段は、非活動状態にされる。こうして形成されたセットは、図２５および図２６に示される。第１１のステップでは、制御された加圧、加熱および冷却作用が、電極膜１２、２０を強化膜１４、１８と一緒に固定しかつ膜の互いに対するいかなる相対的な移動も回避するために区域Ｚ１（図２６に点で描かれたハッチングで示される）において実施される。電極を圧縮および加熱する第１１のステップの後に、強化膜１４、１８の周辺部に位置する場所８８の例えば複数の、例えば４つの加熱パンチＰ１ｄによって、強化膜１４、１８を固定するステップを続けることができる（図２５および図２６）。このステップはまた、圧縮および加熱サイクルの終わりに開始することができ、それと同時にまたはその後に終わらせることができる。換言すると、加熱パンチＰ１ｄにより固定するステップは、環状の区域Ｚ２を加熱および圧縮するステップの前に行われる。この固定するステップは、下部の強化膜１４が、座屈し、内側に戻るように折れ曲がることで、不一致のために組立体１０を廃棄させる２倍の厚さの強化膜１４の形成につながることを阻止する。第１２のステップでは、第３のマニピュレータＢ３は、プレスＰ２の支持体Ｐ２ｂの上に組立体１０を移動させ、制御された加圧、加熱および冷却作用が区域Ｚ２（図２６に実線のハッチングで示される）において行われる。第１３のステップでは、組立体は、切断ステーションに移動されて、周辺縁部２２および穴２４を作製し、その後、組立体１０は、第５のステーションＡ５において収集され、金属フレーム２８ならびに膜は第６のステーションＡ６に留まる。
【００７７】
ポリマー電解質膜が第１の強化膜に固定された状態で上に挙げた組立体を得ることが可能であることに留意されたい。このケースでは、加熱パンチＥ１をポリマー電解質膜１６とではなく、電極１２と直接接触させることでポリマー電解質膜１６のいかなる熱ダメージも回避することによって、プレスＰ１の支持体Ｐ１ｂの上に配置される前に第１の強化膜１４および第１の電極１２が固定されることを保証する必要がある。
【００７８】
図２を参照して記載される組立体１１を得るために、第１の保管ステーション、第２の保管ステーションおよび第３の保管ステーションは以下のように供給されるべきである。
−  第１の保管ステーションＡ１は、上向きに配置された拡散層を有する電極膜１２、２０の垂直方向の積層体を含み、
−  第２の保管ステーションＡ２は、各々が１つの開口を有する複数の強化膜１４、１８を含み、
−  第３の保管ステーションＡ３は、ポリマー電解質膜１６によって各々形成された支持膜１２の積層体を含み、ポリマー電解質膜１６の外側縁部１６ａが、ポリマー電解質膜１６を保持するためのフレームを形成しかつ第３のマニピュレータＢ３の磁気把持手段８６によるその操作を可能にする金属フレーム（図２７）の２つの部分２９ａ、２９ｂの間で圧締めされる。支持膜またはポリマー電解質膜の外側縁部の２つの反対側の部分のみをフレームのこれらの２つの部分の間で圧締めすることができることに留意されたい。ポリマー電解質膜が、矩形の形状である場合、前記２つの部分は、２つの反対側の直線部分、例えば最小の寸法を有する前記縁部の２つの部分のものなどであってもよい。
【００７９】
上に記載したのと同様のステップ１からステップ１３までが実施され、ポリマー電解質膜１６のみが、組立体、および第１のプレスＰ１のフレームから第２のプレスＰ２を介するその取り扱い、ならびにそれ以降の取り扱いのための支持膜として機能する。当然のことながら、第２のマニピュレータはこのとき、第２の強化膜１８のサンプルのみを取り出し、第２の保管ステーションＡ２の供給が異なるため、第２の強化膜１８と、ポリマー電解質膜１６と、によって形成された組立体のサンプルは取り出さないため、上に記載した第６のステップは、ここでは異なる。
【００８０】
第１のアームのための細長い支持体６６を使用して、トレイＣ１上のＵ字型ノッチＣ２のサイズを制限することを可能にすることに留意されたい。
【００８１】
ＭＥＡ組立体の実行の速度を最適化するために、設備は、搬送および取り扱い手段（図５）を制御するための手段を含んでおり、これらの制御手段は、積層ステーションＣから加圧および加熱ステーションＰに積層体が出発した後、積層ステーションＣ上での新たな積層ステップが続くように構成される。よって、上に挙げたように、制御手段は、
−  第１の積層体が、積層ステーション上で作製され、その後、加圧および加熱ステーションまで移動されることを保証し、
−  第２の積層体が、積層ステーション上で作製され、その後、前記加圧および加熱ステーションまで移動されることを保証し、
−  前記第１の積層体および第２の積層体を加圧および加熱する
ように構成される。
【００８２】
図２８は、トレイ２６’の厚みの中に形成された冷却液流れ回路２８’および加熱コード３０’を示している。「加熱および冷却トレイ」の表現の中の用語「トレイ」はここでは、第１の寸法および第２の寸法に直交する第３の寸法より大きい、互いに直交する少なくとも第１の寸法および第２の寸法を有する実質的に平行六面体の要素を指す。
【００８３】
このトレイ２６’は、互いに重なった状態の第１のプレート３２’と第２のプレート３４’とを含む。第１のプレート３２’は、冷却回路２８’と、加熱コード３０’と、を保持している。この第１のプレート３２’は、加熱コード３０’を収容する少なくとも１つの溝３８’を含む第１の面３６’を含んでおり、溝３８’は、前記第１の面３６’を覆うように延在し、第１のプレート３２’の側面４０’につながる第１の端部を含むように形成されている。第１のプレート３２’はまた、第１の面３６’の反対側の第２の面４４’の上に少なくとも１つの溝４２’を含む。この溝４２’は好ましくは、第１のプレート３２’の側面４０’につながっている。溝４２’は、第２のプレート３４’によって閉鎖される。第１のプレート３２’の第１の面３６’はトレイ２６’の第１の面を形成し、トレイ２６’の第２の面４６’は、第１のプレート３２’と向かい合う第２のプレート３４’の面によって形成されることを理解されたい。
【００８４】
図２８に見ることができるように、加熱コード３０’は、トレイ２６’の第１の面３６’にできるだけ近づけて配置されることで、この第１の面３６’に当てるべき圧縮プレートへの最適な熱移動を達成する。加熱コード３０’は、例えばニッケルワイヤによって、溝３８’の中でつや消しにすることができる。加えて、加熱コード３０’は、第１の平面Ａ１’内に延在し、冷却チャネルは、互いに対して、ならびにトレイ２６’の第１の面３６’および第２の面４６’に対して平行な第２の平面Ａ２’内に延在する。冷却チャネル２８’は、トレイ２６’の第１の面３６’内に形成された加熱コード３０’とトレイ２６’の第２の面４６’との間に挿入される。
【００８５】
加熱コード３０’内の熱および冷却システム内の冷気の良好な伝導を達成するために、第１のプレート３２’は有利には、良好な熱伝導材料で作製され、高い圧縮力に耐えることが可能である。よって、第１のプレート３２’は有利には、例えば少なくとも１００Ｗ／ｍ／Ｋの熱伝導係数および少なくとも１００ＧＰａのヤング係数を有する金属などの材料で作製される。材料の良好な例は、銅であり、これは３９０Ｗ／ｍ／Ｋの熱伝導係数および１２４ＧＰａのヤング係数を有する。真鍮もまた、１２０Ｗ／ｍ／Ｋの熱伝導係数および１００ＧＰａ〜１３０ＧＰａのヤング係数を有するため、適切である。
【００８６】
各加熱コード３０’は好ましくは抵抗性であり、各コード３０’の端部は、電力供給手段に接続されている。また、温度センサが第１のプレート３２’内に設けられ、第１のプレートの溝３８’の入口から第１のプレート３２’の中へと延びている。
【００８７】
図２９に示されるように、トレイ４７’の第１の実施形態では、第１のプレート３２’は、第１の溝４８’および第２の溝５０’を備えてもよく、第１の溝４８’および第２の溝５０’は、第１のプレート３２’の第２の面４４’上に形成され、独立した冷却液循環チャネルを形成し、各チャネル４８’、５０’は、トレイの中に液体入口４８ａ’、５０ａ’および出口４８ｂ’、５０ｂ’を含む。第１のプレート３２’はなおも、４つの流体式に独立したチャネルを含む場合もある。冷気および熱の良好な分散を可能にするために、冷却チャネルおよび溝の各々はコイル式である。第１のプレート３２’内でのフリゴリーの良好な移動を実現するために、チャネル４８’、５０’に沿った、チャネル４８’、５０’の各々の流入部４８ａ’、５０ａ’から第１のプレート３２’の中心までの距離は、チャネルに沿ったチャネル４８’、５０’の各々の流出部４８ｂ’、５０ｂ’からトレイ２６’の中心までの距離より短いことが望ましい。このことは、中心への、およびその後の第１のプレート３２’の残りの部分への液体の循環を促進し、これは、第１のプレート３２’の熱をより一層均等にすることを可能にする。
【００８８】
第１のプレート３２’は、各々が上に記載した冷却回路を備える２つの１／２のプレートの端同士の結合によって、すなわち並置によって形成される場合もあることにも留意されたい。
【００８９】
図３０は、例えば図２９に示されるものなど、上に記載した冷却回路と共に使用するための加熱コード３０’の可能な形状を表している。コード３０’は、互いに内部で組み合わさった２つのらせん３０ａ’、３０ｂ’の形態でここでは配置され、２つのらせんの内側の端部は、互いに接続されている。
【００９０】
図３１および図３２は、２つのＬ字型の部分５４’、５６’を含むトレイ５２’の第２の実施形態を表し、２つのＬ字型の部分５４’、５６’は、それらの間に別個の中心部分５８’を画定している。２つのＬ字型の部分５４’、５６’の各々は、上に記載したような冷却チャネル５９’を含んでいるが、中心部分は、冷却チャネルを持たず、断熱材料で作製される。部分５４’、５６’のチャネル５９’は、冷却剤が中心部分の周りを流れ、その後外へ向かうことができるように構成されている。
【００９１】
この実施形態では、１つの加熱コードのみを使用することができ（図示せず）、この１本が、らせんのように中心部分５８’の周りで自身を取り囲んでいる。中心部分５８’はいかなる加熱手段も持たない。
【００９２】
液体流れを使用して所与の度数だけ温度を下げるためには、抵抗性の加熱コードを使用して同じ度数だけの温度を上げるのに必要とされる時間よりもより長い時間が必要とされるため、冷却チャネルの形状は、加熱コードのものよりより重要であることが容易に理解される。
【００９３】
図３３〜図３６は、図１における組立体１０の制御された加圧、加熱および冷却を可能にする第１の油圧式プレスＰ１を表している。この第１のプレスＰ１を使用して、下部電極−ポリマー電解質膜−上部電極積層区域Ｚ１を加熱および冷却する。この第１のプレスＰ１は、図２９および図３０に示される第１の実施形態に従ってトレイ４７’と共に使用されることが意図されている。この区域Ｚ１は、全ての電極を含み、好ましくはこれらのみを含む。
【００９４】
図３７〜図３９は、下部電極または第１の電極１２および上部電極または第２の電極２０を取り囲む周辺の環状区域Ｚ２において、図１の組立体を加熱および加圧することを可能にする第２の油圧式プレスＰ２を表している。この環状区域Ｚ２は、第１の電極１２および第２の電極２０の外側縁部のすぐ横の近傍において内部へと始まっている。この第２のプレスＰ２は、図３１および図３２に示される第２の実施形態に従ってトレイ５２’と共に使用されることが意図されている。
【００９５】
図３３〜図３６を参照すると、第１のプレスＰ１は、熱伝導を制限するために断熱層６２’を保持する圧力分散器６０’を備えたピストン５８’を含む。図２９および図３０を参照して記載されるようなトレイ４７’が断熱層６２’に当てられ、トレイ４７’の第２の面が、断熱層６２’と接触する。プレート６４’または圧縮ソールが、トレイ４７’の第１の面に当てられる。
【００９６】
第１のプレスＰ１は、断熱材料の層６８’、図３１および図３２を参照して記載したトレイ４７’ならびにプレート７０’または圧縮ソールを連続して保持する、ピストン５８’の反対側に配置された静止支持体６６’を備える。トレイ４７’は、その第１の側が圧縮フランジ６２’と接触し、その第２の側が断熱層６８’と接触するように位置決めされる。
【００９７】
プレート６４’、７０’または圧縮ソールは、上に記載したような第１のプレート３２’の材料と同じ選択基準に従う。
【００９８】
図３７〜図３９に示される第２のプレスＰ２は、第１の圧力を参照して記載されるものと厳密に同じレイアウトを有する。この第２のプレスはしたがって、断熱層６２’、トレイ５２’および環状形状の圧縮プレート６４’を備えるピストン５８”と、断熱層６８’、トレイ５２’および圧縮プレート７０’を支える静止支持体６６’と、を含む。
【００９９】
上に記載したプレスＰ１およびＰ２ならびに加熱および冷却プレートは、「アンチ−ウィッキング」機能を果たさない組立体に明白に適用可能であり、すなわち、ポリマー電解質膜が、第１の強化膜と第２の強化膜との間に限定されるのではなく、第１の強化膜と第２の強化膜の間のどこにでも延在する組立体に明白に適用可能である。そのような組立体は図２に示される。
【符号の説明】
【０１００】
１  設備
１０、１１  組立体
１２、２０  電極
１４、１８  強化膜
１４ａ、１８ａ、２６ｃ  開口
１４ｂ、１８ｂ、２６ｂ  内側縁部
１６  ポリマー電解質膜
１６ａ、２６ａ  外側縁部
２２  切り取り部
２４  穴
２６  支持膜
２６’、４７’、５２’  トレイ
２８ａ、２８ｂ  金属製のフレーム
２８’  冷却回路
２９ａ、２９ｂ  金属フレームの部分
３０’  加熱コード
３０ａ’、３０ｂ’  らせん
３２’  第１のプレート
３４’  第２のプレート
３３  長手方向のレール
３６  保管マガジン
３６’  第１の面
３８’、４２’  溝
４０’  側面
４２  静止トレイ
４４  ユニットの減衰および戻し手段
４４’、４６’  第２の面
４６  ロッド
４８  第１の端部
４８’  第１のチャネル
４８ａ’、５０ａ’  液体入口
４８ｂ’、５０ｂ’  液体出口
５０  レバー
５０’  第２のチャネル
５２  第２の端部
５４  釣り合いおもり
５４’、５６’  Ｌ字型の部分
５５  枢軸
５６  並進ガイド手段
５８  第１の回転継ぎ手
５８’  中心部分
５８’  ピストン
５９’  冷却チャネル
６０  第２の回転継ぎ手
６０’  圧力分散器
６２  接続部分
６２’  断熱層
６４  設備のフレーム
６４’、７０’  プレート
６６、７４、８５  支持体
６６’  静止支持体
６８  把持および配置手段
６８’  断熱材料の層
７０  保持する部分
７２  吸引カップ
７６  設備のフレーム
７８  並進移動手段
８０  剛性のフレーム
８２  横方向の並進レール
８４  垂直方向のレール
８６  磁気把持および配置手段
Ａ１  第１の保管ステーション
Ａ２  第２の保管ステーション
Ａ３  第３の保管ステーション
Ａ４  第４の保管ステーション
Ａ５  第５の保管ステーション
Ａ６  第６の保管ステーション
Ｂ１  第１のマニピュレータ
Ｂ２  第２のマニピュレータ
Ｂ３  第３のマニピュレータ
Ｂ４  第４のマニピュレータ
Ｂ５  第５のマニピュレータタ
Ｃ  積層ステーション
Ｃ１  トレイ
Ｃ２  Ｕ字型ノッチ
Ｄ  切断ステーション
Ｅ  固定手段
Ｌ  長手方向
Ｔ  横方向
Ｐ  加圧および加熱ステーション
Ｐ１、Ｐ２  プレス
Ｐ１ａ、Ｐ２ａ  ピストン
Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂ  プレス支持体
Ｐ１ｃ、Ｐ２ｃ  プレスフレーム
Ｐ１ｄ  加熱パンチ
Ｚ  垂直方向
【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５】
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【図６】
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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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５−２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
2020518981.tif 000032
【図３２】
2020518981.tif 000033
【図３３】
2020518981.tif 000034
【図３４】
2020518981.tif 000035
【図３５】
2020518981.tif 000036
【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【国際調査報告】
2020518981.tif 000041
2020518981.tif 000042
2020518981.tif 000043
2020518981.tif 000044
2020518981.tif 000045
2020518981.tif 000046