(57)【要約】  本発明は、第1の膜保管ステーション(A1)と、受入ステーション(C)と、膜(12)をその自由面から把持するための手段(68)を備える第1のマニピュレータ(B1)とを備える燃料電池膜取扱装置に関し、第1のマニピュレータ(B1)は、保管ステーション(A1)から膜(12)を取るための位置と、受入ステーション(C)において膜(12)を配置するための位置との間で移動することができるように関節接合される。本発明によれば、受入ステーション(C)は、少なくとも1つの開口(C2)を備える、膜(12)を受け入れるためのトレイを備え、開口(C2)において、把持手段(68)とマニピュレータの一部分とは、膜(12)が受入トレイ(C1)において受け入れられる、膜(12)を配置するための第1の位置へと嵌まることができる。
2020518982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1の膜保管ステーション(A1)と、受入ステーション(C)と、膜(12)をその自由面から把持するための把持手段(68)を備える第1のマニピュレータ(B1)とを備える燃料電池膜取扱装置であって、前記第1のマニピュレータ(B1)は、前記第1の膜保管ステーション(A1)から膜(12)を取るための位置と、前記受入ステーション(C)において膜(12)を配置するための位置との間で移動することができるように関節接合されている、燃料電池膜取扱装置であって、
前記受入ステーション(C)は、少なくとも1つの開口(C2)を備える、膜(12)を受け入れるための受入トレイを備え、前記開口(C2)において、前記把持手段(68)と前記第1のマニピュレータ(B1)の一部分とは、前記膜(12)が前記受入トレイ(C1)において受け入れられる、膜(12)を配置するための第1の位置へと嵌まることができることを特徴とする燃料電池膜取扱装置。
【請求項２】
前記第1のマニピュレータ(B1)は、前記把持手段(68)が前記受入トレイ(C1)の上方に配置される第2の配置位置を取ることができるように関節接合され、膜(12)は、前記受入トレイに受け入れられることが可能である、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記受入トレイの前記開口は、実質的にU字形を有する切欠き(C2)である、請求項1または2に記載の装置。
【請求項４】
前記第1のマニピュレータ(B1)は、連結部分を備え、前記連結部分の一端は、回転時に吸引把持手段を担持し、前記連結部分の他端は、不動フレームにおいて回転時に関節接合される、請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
膜(14、18)のための第2の保管ステーション(A2)と、前記第2の保管ステーション(A2)から膜を把持するための手段を備える第2のマニピュレータ(B2)とを備える、請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記第2のマニピュレータ(B2)は、複数の孔が設けられたフレームを、前記孔が前記フレーム(80)の平坦な把持面につながる状態で備え、これらの孔は、真空供給手段に連結される、請求項5に記載の装置。
【請求項７】
前記把持手段は吸引把持手段である、請求項1から6のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池膜/電極組立装置の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
PEMFCとして知られている陽子交換膜燃料電池は、「proton exchange membrane fuel cells」または「polymer electrolyte membrane fuel cells」を表しており、特に興味を引くコンパクト性を有している。各電池は、陽子の通過だけを可能にし、電子の通過を可能にしない高分子電解質膜を含む。膜は、MEAと呼ばれる膜/電極組立体を形成するために、第1の側において陽極と接触させられ、第2の側において陰極と接触させられる。陽極と陰極とはどちらも同じ構成を有し、電極と呼ばれ、陽極または陰極の機能は、燃料電池におけるその搭載に関連付けられる。そのため、MEAの陽極は、水素の流れを受け入れるものである。電極は、互いに別々である第1の層と第2の層とを備える膜である。第1の層は、炭素織物から形成された拡散層であり、この上に、白金などの触媒を組み込んでいる結合剤を備える第2の触媒の層が沈着させられる。
【０００３】
上記の組立体は、組立体を支持するための補強膜の介在を伴って、異なる膜および電極の連続的な重ね合わせによって概して実行される。より具体的には、各電極は、第2の層または活性層が高分子電解質膜の反対に配置されるように配置される。したがって、電極膜同士の間に介在される平面に対してMEAが直交対称性を有することが、理解されるべきである。そのため、MEAのこの対称性は、拡散層が下方を向いている第1の電極膜と、拡散層が上方を向いている第2の電極膜とを前もって堆積することによって容易に達成され、これは、ロボットマニュピュレータが自動的に電極膜を取って正しい方向付けで配置し、電極膜を他の膜へと単に移動させることを可能にする。
【０００４】
しかしながら、このことは、いかなる誤りもあってはならない電極膜の前もっての方向付けを必要とすることが、理解されるべきである。さもなければ、拡散層が高分子電解質膜に向けて方向付けられたMEAをもたらし、このようなMEAは使用することができない。また、MEAの連続的な生産は、例えば、前述したような電極膜の交互の積み重ねを必要とし、これは複雑である。第2の層において電極を把持することは、第2の層の触媒機能を損傷させることを回避するために望ましくないことが、留意されるべきである。
【０００５】
したがって、明確な解決策は、第1の層が上方を向いている電極膜同士を順に積み重ね、電極を拡散層によって把持し、MEAを製作する第1のステップの間に、第2の層が上方を向いている電極膜と、第2の層が下方を向いている別の電極膜とを、2つの電極の間に介在させられる高分子電解質膜の反対において、交互に位置決めすることができる運搬手段を使用することである。しかしながら、拡散層による膜の把持は、前記層への機械的な接合を必要とし、第2の層が上向きに方向付けられ、高分子電解質膜を受け入れることができるように、把持された電極膜の拡散層を支持体に配置することを困難にする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、第一に、第1の膜保管ステーションと、受入ステーションと、膜をその自由面から把持するための手段を備える第1のマニピュレータとを備える燃料電池膜取扱装置であって、第1のマニピュレータは、保管ステーションの膜を把持するための位置と、受入ステーションにおいて膜を配置するための位置との間で移動することができるように関節接合され、
受入ステーションは、少なくとも1つの開口を有する、膜を受け入れるためのトレイを備え、開口において、把持手段と第1のマニピュレータの一部分とは、膜が受入トレイにおいて受け入れられる、膜を配置するための第1の位置へと嵌めさせることができることを特徴とする燃料電池膜取扱装置に関する。
【０００７】
本発明によれば、膜受入ステーションのトレイにおける開口の統合は、把持手段およびアームが受入ステーションにおける膜の位置決めを邪魔することなく、膜を保管ステーションから受入トレイにおける受入配置位置へと移動させることを可能にする。
【０００８】
本発明の別の特徴によれば、第1のマニピュレータは、把持手段が受入トレイの上方に配置される第2の配置位置を取ることができるように関節接合され、膜は、受入トレイに受け入れられることが可能である。
【０００９】
この構成では、同じマニピュレータが、第1の保管ステーションに保管された2つの別々の膜を取り扱うことができる。
【００１０】
有利には、第1の保管ステーションが、すべての拡散層が上方を向いた状態で電極膜の好ましくは鉛直方向の積み重ねを含むとき、第1のマニピュレータは、第1の保管ステーションから受入ステーションのトレイへの電極膜の第1の変位を、電極膜をひっくり返して行うことができるように、および、第1の保管ステーションから受入ステーションのトレイへの別の電極膜の第2の変位を、電極膜をひっくり返すことなく行うことができるように、関節接合され得る。したがって、第1の保管マガジンにおいて実質的に水平方向で配置される膜は、移動され、および180°回転させられ、第1の保管マガジンにおいて実質的に水平方向で配置される別の膜は、鉛直方向に関するその膜のそれぞれの面の最初の方向付けを維持したまま単に移動させられる。
【００１１】
好ましくは、トレイの開口は、実質的にU字形の切欠きである。
【００１２】
本発明の別の特徴によれば、第1のマニピュレータは、連結部分を備え、連結部分の一端は、回転時に吸引把持手段を担持し、連結部分の他端は、不動フレームにおいて回転時に関節接合される。
【００１３】
本発明のさらに別の特徴によれば、装置は、第2の膜保管ステーションと、第2の保管ステーションから膜を把持するための手段を含む第2のマニピュレータとを含む。第2のマニピュレータは、複数の開口が設けられたフレームを、開口がフレームの平坦な把持面につながる状態で備えてもよく、これらの開口は真空供給手段に連結される。
【００１４】
マニピュレータを吸引把持式とし得ることが、理解されるべきである。
【００１５】
添付の図面を参照しつつ、非限定的な例として提供されている以下の説明を読めば、本発明はより良く理解され、本発明の他の詳細、特徴、および利点が明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による設備で実行されるように意図された第1の電極/高分子電解質膜/電極の組立体の概略図である。
【図２】本発明による設備で実行されるように意図された第2の電極/高分子電解質膜/電極の組立体の概略図である。
【図３】本発明による設備の斜視概略図である。
【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図である。
【図６】本発明による設備のいくつかのステーション、具体的には、1つの積み重ねステーションと、前記積み重ね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の視点からの概略前面図である。
【図７】図6と同様であるが、異なる視野角に沿った概略斜視図である。
【図８】図6と同様であるが、異なる視野角に沿った概略斜視図である。
【図９】積み重ねステーションおよび積み重ね固定手段の概略斜視図である。
【図１０】固定手段の視点からの単独の概略図である。
【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のマニピュ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分離マニピュレータの概略斜視図である。
【図１４】第2の補強膜保管ステーションの概略斜視図である。
【図１５】第2の補強膜マニピュレータの概略斜視図である。
【図１６】縦方向走行レールに搭載される第3のマニピュレータの概略斜視図である。
【図１７】図16の第3のマニピュレータの概略斜視図である。
【図１８】膜の第1の積み重ねを作るステップを表す図である。
【図１９】膜の第1の積み重ねを作るステップを表す図である。
【図２０】膜の第1の積み重ねを作るステップを表す図である。
【図２１】膜の第1の積み重ねを作るステップを表す図である。
【図２２】膜の第2の積み重ねを作るステップを表す図である。
【図２３】膜の第2の積み重ねを作るステップを表す図である。
【図２４】膜の第2の積み重ねを作るステップを表す図である。
【図２５】図1において示された組立体を得るために膜を積み重ねる方法の図である。
【図２６】図25における要素の輪郭の概略図である。
【図２７】図2において示された組立体を得るために膜を積み重ねる方法の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
最初に、図1が参照され、図1は、図3以降を参照して説明されている設備で得られるように意図されているMEAと呼ばれ、下から上へと連続的な要素、すなわち、
-  燃料電池において陽極を形成することができる第1の電極12または下方電極と、
-  第1の電極12によって下部において閉じられた開口14aを定める内側縁14bを備える第1の膜14または下方補強膜であって、第1の電極12の外側縁12aが第1の補強膜14の内側縁14bと接触している、第1の膜14または下方補強膜と、
-  陽子伝導を保証する高分子電解質膜16と、
-  開口18aを定める内側縁18bを備える第2の膜18または上方補強膜と、
-  燃料電池において陰極を形成することができ、上部において上方補強膜18の開口18aを閉じることができる第2の電極20または上方電極であって、第2の電極20の外側縁20aが第2の補強膜18の内側縁18bと接触している、第2の電極20または上方電極と
を備える高分子電解質膜/電極組立体10を表している。
【００１８】
各電極膜12、20は、互いに別々である第1の層と第2の層とを含む。第1の層は、炭素織物から形成された拡散層であり、この上に、白金などの触媒を組み込んでいる結合剤を備える第2の触媒の層が沈着させられる。図示されている構成では、第2の触媒の層は、高分子電解質膜16と接触して配置されている。
【００１９】
図1において、前述された異なる層が互いに接触していることと、前記層同士の間の隙間が実際の組立体では存在しないこととが、理解されるべきである。したがって、膜/電極組立体は、その内部に空間または空洞がない。実際、第1の電極12および第2の電極20は高分子電解質膜16と各々接触している。この図からはっきりと見て取れるように、高分子電解質膜16は、
-  第1の補強膜14の内側縁14bにおける上部において、その開口14aを上部において閉じるように、
-  第2の補強膜18の内側縁18bにおける下部において、その開口18aを下部において閉じるように
適用される外側縁16aを有する。
【００２０】
したがって、高分子電解質膜16は、第1の補強膜14と第2の補強膜18との間で完全に嵌め込まれ、それによって高分子電解質膜を冷却液体および純ガスの通過から隔離する。この種類の組立体は「アンチウィッキング」として知られている。より正確には、図1に提示されている組立体は、電解質膜-電極-補強膜の組立体10の外側輪郭を形成する閉じた輪郭の周囲の切り取り22を含んでいる。組立体10は、前記周囲の切り取り22と、高分子電解質膜16の外側縁16aとの間に孔24も含み、これらの孔24は、冷却液体および純ガス(H2およびO2)の通過のために意図されている。言い換えれば、これらの孔24は、高分子電解質膜16、第1の電極12、および第2の電極20を包囲する周囲帯域に形成されている。
【００２１】
図2は、以下に説明されている設備で実行され得る第2の組立体11を示している。異なる膜の積み重ねは、図1を参照して説明されているものと同一である。しかしながら、この図に示されている組立体は「アンチウィッキング」機能を実施せず、つまり、高分子電解質膜は、図1に関連して説明されたように第1の補強膜14と第2の補強膜18との間に閉じ込められていないが、第1の補強膜14と第2の補強膜18との間のあらゆる場所で延びている。実際、高分子電解質膜16だけが、図1を参照して説明されている組立体10と異なる。
【００２２】
ここで、図3〜図8が参照され、図3〜図8は、本発明による設備を表しており、図8は、図3〜図7に示された設備のグラフィック表示である。ここで、設備の異なるユニットが順々に説明され、対で直交する空間の3つの直交方向、つまり、一方が縦方向Lであって他方が横方向Tである2つの水平方向と、鉛直方向Zとにおいて、互いに対して位置決めされている。
【００２３】
図3、図4、および図5に示された設備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、
-  補強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の間に挿入される分離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を参照して説明されている最終的な高分子電解質膜-電極膜-補強膜の組立体を保管するための第5のステーションA5と、
-  膜の廃棄物を保管または受け入れするための第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からの膜を積み重ねるためのステーションCまたは受け入れるためのステーションと、
-  膜組立体を押圧および加熱するためのステーションPと、
-  図1および図2を参照して説明されているような組立体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からの膜と、積み重ねステーションCからの積み重ねと、押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からの組立体とを運搬および取り扱うための手段と
を含む。
【００２４】
運搬および取り扱い手段は、複数のマニピュレータ、つまり、図において示された実施形態では5つのマニピュレータを含む。各マニピュレータは、膜または互いに一体の複数の膜を把持および配置するための手段を含む。
【００２５】
第1のマニピュレータB1は、電極膜を第1の保管ステーションA1から積み重ねステーションCへと移動させることができるように構成されている。第2のマニピュレータB2は、補強膜14、18を第2の保管ステーションA2から積み重ねステーションCへと移動させることができるように構成されている。第3のマニピュレータB3は、支持膜を第3の保管ステーションA3から押圧および加熱ステーションPへと移動させることができるように構成されている。第4のマニピュレータB4は、分離シートを第1の保管ステーションA1から第4の分離シート保管ステーションへと移動させることができるように構成されている。第5のマニピュレータB5は、最終的な組立体を切断ステーションDから第5の組立体10、11保管ステーションA5へと移動させ、膜の廃棄物を切断ステーションDから第6の保管ステーションA6へと移動させることができるように構成されている。
【００２６】
設備1は、積み重ねステーションCにおいて積み重ねを固定するための手段Eも含む。
【００２７】
押圧および加熱ステーションPは、縦方向において隣り合って配置された2つの押圧機P1、P2から成る。押圧機P1およびP2は、鉛直方向において押圧支持体P1b、P2bの反対に移動するように配置されるピストンP1a、P2aを各々備え、それらピストンおよび押圧支持体は押圧フレームP1c、P2cによって担持されている。第1の押圧機P1は、下方電極-高分子電解質膜-上方電極の積み重なり帯域Z1の制御された押圧、加熱、および冷却を提供し、この帯域Z1は図1および図2に示されている。この帯域Z1はすべての電極を含み、好ましくはこれらの電極のみを含む。第2の押圧機P2は、環状であって電極を包囲する膜積み重ね帯域Z2の制御された押圧、加熱、および冷却を提供する。この帯域Z2は図1および図2に示されている。この帯域Z2はすべての電極を含み、好ましくはこれらの電極のみを含む。
【００２８】
押圧機P1のフレームP1cは、この場合、膜に適用されるように意図された加熱パンチP1dを含む、膜を固定するための手段を担持する。
【００２９】
図においてはっきりと分かるように、積み重ねステーションCは、縦方向において第1の保管ステーションA1と第2の保管ステーションA2との間に配置されている。押圧および加熱ステーションPは、ここでは、横方向Tにおいて積み重ねステーションCと縦方向レール33との間に配置されており、第3のマニピュレータB3の縦方向の変位を可能にする。積み重ねステーションCから横方向Tの第1の方向における押圧機P1の支持体P1bへの膜のセットの供給と、横方向Tの反対向きにおける変位の終わりでのマニピュレータB3による支持膜の供給とを可能とするために、横方向の両方の向きでアクセス可能であり、それによって設備1を縮小した寸法とさせることができるという押圧機P1の支持体P1bに関連するこの配置の享受は、後で理解されよう。
【００３０】
押圧および加熱ステーションPは、切断ステーションDと第3の保管ステーションA3との間で縦方向において配置されており、第3の保管ステーションA3は、横方向で第2の保管ステーションA2の反対に配置されている。また、積み重ねステーションCは、縦方向において第1の保管ステーションA1と第2の保管ステーションA2との間に介在させられている。
【００３１】
図1および図2を参照して説明されている組立体10、11を切断するためのステーションEは、周囲の切り取り22と孔24とを通じて発生させられる煙を抽出するためのフードの内部に閉じ込められたレーザー手段を備え得る。
【００３２】
積み重ねステーション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の視点からの概略図を表している図6〜図8がここで参照される。積み重ねステーションCは、開口C2を、より正確にはU字形の切欠きの形態で備えるトレイC1を備え、開口C2の機能は、本発明による第1の積み重ねの実施形態を示す図21〜図24に関連して行われている説明において、後ではっきりと明らかになる。これらの図6〜図8において、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は、はっきりと視認できる。
【００３３】
図9および図10は、積み重ねトレイC1と固定手段Eとを備える積み重ねステーションCを別々に示している。トレイC1および前記固定手段Eは不動フレーム30によって担持されている。固定手段Eは、積み重ねステーションCにおいて積み重ねられた膜の溶接を可能にする、例えば4つといった加熱パンチE1を備え、このような固定手段Eは、積み重ねトレイC1に対する支持フレーム30に対して並進で移動できる滑動部34に固定された基部32によって担持される。固定を達成するために、加熱パンチE1は、積み重ねステーションCに位置決めされた膜の積み重ねと接触するまで移動させられる。パンチE1がトレイC1における積み重ねを支持および加熱することは理解されるべきである。固定は補強膜14、18と電極膜12、20との間で実行される。実際、これは、補強膜14、18による開口14a、18aのすぐ周囲において行われ、好ましくは、長方形を有する開口14a、18aの4つの角で行われる。
【００３４】
図11および図12は、第1の電極膜12、20の保管ステーションA1と、第1の電極膜12、20のマニピュレータB1とを表している。第1の保管ステーションA1は、電極膜12、20の積み重ねを受け入れるように意図されたトレイ38を備える電極膜12、20の積み重ね保管マガジン36を備える。トレイ38の縁には、電極膜を所定位置で位置決めするための手段40が搭載されている。これらの位置決め手段40は、電極12、20の構成によって位置決めされた縁によって形成されている。電極12、20の保管マガジン36は、第1のマニピュレータB1によって所与の鉛直方向Zにおいてマガジンに発揮される耐力のない場合、マガジンの減衰および戻し手段44を所与の位置において担持する不動フレーム42において、前記「方向Zにおいて移動するように案内される。この目的のために、鉛直方向の連結ロッド46が、その上方端においてマガジン36のトレイ38にしっかりと連結し、その下方端においてレバー50の第1の端48に回転可能にヒンジ留めされ、レバー50の反対の第2の端52は釣り合い錘54を担持している。レバー50の第1の端48および第2の端52は、不動トレイ42と一体の枢動部55によって分離されている。図14において分かるように、連結ロッド46は、不動トレイ42を通過し、不動トレイ42における開口を通じて鉛直方向の並進で案内される。したがって、不動トレイ42はマガジン36とレバー50との間に挿入されている。
【００３５】
好ましくは、マガジン36は、不動トレイ42の開口へのロッド46の滑り込みから生じる鉛直方向の並進の案内の誤差を補償するために、マガジンの追加の鉛直方向並進案内手段56によって不動トレイ42に連結される。
【００３６】
第1のマニピュレータアームB1は、第1の回転継手58と、連結部分62によって互いに連結される第2の回転継手60とを有利に備える。2つの継手58、60は、ここでは関節接合され、互いに平行な軸に沿って回転させられ、横方向Tにおいて延びている。第1の継手58は、これらを第1の回転の軸の周りで互いに対して関節接合させるように、設備のフレーム64と、連結部分62の第1の端とにおいて搭載されている。第2の継手60は、連結部分の第2の端と、膜を把持および配置するための回転および担持の手段の軸と平行な方向において細長くされた支持体66の一方の端とに搭載されている。これらの把持および配置の手段68は、第1のステーションの場合、横方向Tにおいて並べられると共に真空供給手段に連結される吸引カップを有利に備える吸引把持手段を含む。
【００３７】
動作中、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から取られる位置と、電極膜12、20が積み重ねステーションCのトレイに配置される位置との間で移動できる。有利には、配置位置は、後で明らかとなるように、電極膜12、20がトレイC1または別の膜と接触して配置される位置に対応し、把持手段68は、電極が維持されることを保証するために作動状態で維持される。実際、第1のマニピュレータB1は、積み重ねステーションCのトレイC1における電極膜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をひっくり返すことなく、電極膜12を第1の保管ステーションA1から積み重ねステーションCのトレイC1へと移動する。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をひっくり返すことを伴う、第1の保管ステーションA1から積み重ねステーションCのトレイC1への電極膜20の第2の変位をもたらす。この第1の位置において、細長い吸引カップ支持体66は、図22に示されたような積み重ねトレイC1の切欠きC2に嵌め込まれ、これは、図21〜図27を参照して実施された設備の動作の説明に関連してより明確になる。また、第1のマニピュレータB1のこの種類の移動は、第1の側が把持面として使用される一方で、積み重ねステーションにおいて、触媒を担持する第2の側の下方または上方への方向付けを可能にするように、第1の側が上方を向く状態で、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の単純な積み重ねを可能にする。
【００３８】
図13は、分離シートを把持および配置するための手段72を一端において担持する部分70を備える第4のマニピュレータB4示しており、これらの手段は、真空供給手段に連結された吸引カップ72も備える。第4のマニピュレータB4の部分70は、鉛直方向において設備のフレーム76に対して移動させられ得る支持体74において、吸引カップ72の反対の端において回転可能に関節接合される。したがって、第4のマニピュレータB4は、動作中、分離シートの把持と、分離膜の第4の保管ステーションA4へのその供給とを可能にする。
【００３９】
図14は、図11を参照して説明されている第1の保管ステーションA1と非常に類似した第2の補強膜14、18の保管ステーションA2を表している。保管ステーションA2は再度説明されていない。図15において見られる第2のマニピュレータB2は、互いに平行な軸を伴う2つの回転継手58、60も含む。第1のマニピュレータB1と異なり、第2のマニピュレータB2は、横方向において滑るレールなど、並進変位手段78を含む。また、第2の回転継手60は、この場合には、真空供給手段に連結された複数の穿孔を有する平坦な把持面を有する剛体のフレーム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の手段を担持する。第1のマニピュレータB1と異なり、第2のマニピュレータB2は、第2のステーションA2から積み重ねステーションCのトレイC1への膜または互いに固定されたいくつかの膜のセットの変位移動を、膜または膜の前記セットをひっくり返すことなく実施するように構成されている。
【００４０】
図16および図17は、縦方向レール33に搭載された横方向並進レール82を備える第3のマニピュレータB3を示している。支持体85に固定された鉛直方向レール84を担持する横方向レール82は横方向において延びる。この方法では、第3のアームB3は、空間の3つの縦方向X、横方向T、および鉛直方向Zにおいて移動できる。第3のアームB3の支持体85は、設備制御手段によって作動させられる電磁石を含む磁気の把持および配置の手段86を担持している。これらの把持および配置の手段は、第3の保管ステーションA3からの金属フレームを把持し、それを第1の押圧機P1の下へと持って行くことができる。
【００４１】
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高分子電解質膜-電極の組立体の保管と、第6のステーションにおける金属フレームの保管とを可能にするために、吸引把持手段を含む把持および配置の手段と、金属フレームの配置を可能にする磁気の把持手段とを含む。
【００４２】
本発明による設備1は、説明されているような第2のステーションおよび第3のステーションの供給の様態に応じて、図1による組立体10または図2による組立体11の製作を可能にするように有利に使用され得る。
【００４３】
図1を参照して説明されている組立体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。
-  第1の保管ステーションA1は、拡散層が上向きに配置される電極膜12、20の鉛直方向における積み重ねを備える。
-  第2の保管ステーションA2は、開口14aを備える第1の補強膜14と、開口18aを備える第2の補強膜18との交互になっているものを備え、各第2の補強膜18は、その開口を閉じると共に第1の補強膜12の反対に配置される高分子電解質膜16に固定され、高分子電解質膜16は、その外側縁16aが内側縁14b、18bと第1の補強膜14の外側縁および第2の補強膜18の外側縁との間に設けられるように大きさが定められる。
-  第3の保管ステーションA3は、膜26の開口26cを画定する外側縁26aおよび内側縁26bを備え、この開口26cは、高分子電解質膜16が前記開口26cに嵌まることができるように、ならびに、第1の補強膜14および第2の補強膜18が支持膜26の内側縁26b全体を覆うことができるように(図25および図26)、大きさが定められ、各支持膜26は、支持膜26を保持し、第3のマニピュレータB3の磁気把持手段86によって支持膜26の取り扱いを可能にするために、フレーム28を形成する2つの金属部分28a、28bの間で外側縁26aによって締め付けられることができ、部分28a、28bの少なくとも一方は金属であり、2つの部分28a、28bは可及的に金属である。
【００４４】
図18〜図24に示されているように、第1のマニピュレータB1は、その拡散層によって第1の電極12を把持し、次に、第1の電極12の第2の層が上方を向いている状態で第1のマニピュレータアームB1を積み重ねステーションCにおける第1の配置位置で位置決めするように動作させられる。第2のステップにおいて、第2のマニピュレータB2は、第1の補強膜14の開口14aが第1の電極12によってその下部において閉じられるように、第1の補強膜14だけを第2の保管ステーションA2から積み重ねステーションCへと移動させる。第3のステップにおいて、第1の電極膜12と第1の補強膜14とが積み重ねステーションCに配置された固定手段Eを用いて一緒に固定される。各膜がそのマニピュレータに固定されるように、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段階の間に作動されたままであることは、留意されるべきである。第4のステップにおいて、このように形成された組立体は、第2のマニピュレータB2を用いて積み重ねステーションCから押圧支持体P1bへと移動させられ、第1のマニピュレータB1の吸引把持手段が非作動とさせられる一方で、第2のマニピュレータB2の吸引把持手段は2つの膜組立体の変位を可能にするように作動状態で維持される。第5のステップにおいて、金属フレーム28において囲まれた支持膜26が、第3のマニピュレータB3を用いて、第1の電極12および第1の補強膜14によって形成された組立体へと持って行かれ、支持膜26の内側縁26bは第1の補強膜14の外側縁14cに適用される。第6のステップでは、サンプルが、第2のマニピュレータB2を用いて第2の補強膜18および高分子電解質膜16の組立体から取られ、これらの膜16、18は先に互いに固定されている。この組立体は、第7のステップにおいて積み重ねステーションCのトレイC1に移動させられ、第8のステップにおいて、上部において第2の補強膜18の開口18aを閉じるように、第1のマニピュレータB1がその第2の配置位置にあるとき、第1のマニピュレータB1を用いて第1の保管ステーションA1から積み重ねステーションCへと持って行かれる。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段階の間に作動されたままとされることは、留意されるべきである。第9のステップにおいて、第2の電極膜20と第2の補強膜18とが、積み重ねステーションCに配置された固定手段Eを用いて一緒に固定される。第10のステップにおいて、このようにして形成された組立体は、第2の補強膜18の外側縁が支持膜の内側縁全体を覆うように、積み重ねステーションから圧力P1の下へと移動させられる。このステップは、第2のマニピュレータB2を用いて実行され、第1のマニピュレータB1の吸引把持手段が非作動とさせられる一方で、第2のマニピュレータB2の吸引把持手段はすべての膜組立体の変位を可能にするために作動状態で維持される。このようにして形成されたセットが図25および図26に示されている。第11のステップにおいて、制御された押圧、加熱、および冷却の動作が、電極膜23、20を補強膜14、18と固定し、膜同士の互いに対する相対移動を回避するために、帯域Z1(図26において点線のハッチングで示されている)において実行される。電極を圧縮および加熱する第11のステップに続いて、例えば、補強膜14、18の周囲に位置付けられる例えば4つといった複数の位置88において(図25および図26)、加熱パンチP1dによって補強膜14、18を固定するステップが行われる。このステップは、圧縮および加熱のサイクルの終わりに開始され、そのサイクルと同時に終了させられてもよく、または、そのサイクルの後に終了させられてもよい。言い換えれば、加熱パンチP1dによる固定のステップは、環状の帯域Z2を加熱および圧縮するステップに先行する。この固定ステップは、補強膜14の二倍の厚さの形成をもたらし、組立体10を不適合のため廃棄させることになる、下方の補強膜14の座屈または折れ曲がりを防止する。第12のステップにおいて、第3のマニピュレータB3は組立体10を押圧機P2の支持体P2bへと移動させ、制御された押圧、加熱、および冷却の動作が帯域Z2(図26において実線のハッチングで示されている)において実行される。第13のステップにおいて、組立体は、周囲縁22および孔24を作るために切断ステーションへと移動させられ、次に、第5のステーションA5における組立体10の回収と、第6のステーションA6における金属フレーム28および膜の残留物の回収とが実行される。
【００４５】
高分子電解質膜が第1の補強膜に固定されている前述の組立体を得ることが可能であることは、留意されるべきである。この場合、高分子電解質膜16の熱損傷を回避するために、第1の補強膜14と第1の電極12とが、加熱パンチE1を高分子電解質膜16と接触させずに電極12と直接的に接触させることで、押圧機P1の支持体P1bに配置される前に固定されることが確保されなければならない。
【００４６】
図2を参照して説明されている組立体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。
-  第1の保管ステーションA1は、拡散層が上向きに配置された状態で電極膜12、20の鉛直方向における積み重ねを備える。
-  第2の保管ステーションA2は、各々が1つの開口を備える複数の補強膜14、18を備える。
-  第3の保管ステーションA3は、高分子電解質膜16を保持するためのフレームを形成すると共に第3のマニピュレータB3の磁気把持手段86によって操作されることを可能にする金属フレーム(図27)の2つの部分19a、29bの間に外側縁16aが締め付けられる高分子電解質膜16によって各々が形成された支持膜12の積み重ねを備える。
【００４７】
先に説明されたステップと同じ1〜14のステップが実施され、高分子電解質膜16が支持膜として使用されるだけである。
【００４８】
第1のアームのために細長い支持体66を使用することは、トレイC1におけるU字形の切欠きC2の大きさを制限することを可能にする。
【００４９】
MEAの組み立ての実行の速度を最適化するために、設備は、運搬および取り扱い手段を制御するための手段を含み、これらの制御手段は、積み重ねステーションCから押圧および加熱ステーションPへの積み重ねの出発に続いて、積み重ねステーションCにおける新たな積み重ねステップが行われるように構成される。
【符号の説明】
【００５０】
1  設備
10  高分子電解質膜/電極組立体
11  第2の組立体
12  第1の電極、下方電極、第1の電極膜
12a  外側縁
14  第1の膜、下方補強膜、第1の補強膜
14a  開口
14b  内側縁
14c  外側縁
16  高分子電解質膜
16a  外側縁
18  第2の膜、上方補強膜、第2の補強膜
18a  開口
18b  内側縁
20  第2の電極、上方電極、第2の電極膜
22  閉じた輪郭の周囲の切り取り
24  孔
26  支持膜
26a  外側縁
26b  内側縁
26c  開口
28  金属フレーム
30  支持フレーム、不動フレーム
32  基部
34  滑動部
35  縦方向レール
36  積み重ね保管マガジン
38  トレイ
40  位置決め手段
42  不動フレーム、不動トレイ
44  減衰および戻し手段
46  連結ロッド
48  第1の端
50  レバー
52  第2の端
54  釣り合い錘
55  枢動部
56  鉛直方向並進案内手段
58  第1の回転継手
60  第2の回転接手
62  連結部分
64  フレーム
66  支持体
68  把持および配置の手段
70  部分
72  分離シートを把持および配置するための手段、吸引カップ
74  支持体
76  フレーム
78  並進変位手段
80  フレーム
82  横方向並進レール
84  鉛直方向レール
86  磁気の把持および配置の手段
88  位置
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
C  積み重ねステーション
C1  積み重ねトレイ
C2  開口、U字形の切欠き
D  切断ステーション
E  固定手段
E1  加熱パンチ
L  縦方向
P  押圧および加熱ステーション
P1、P2  押圧機
P1a、P2a  ピストン
P1b、P2b  押圧支持体
P1c、P2c  押圧フレーム
P1d  加熱パンチ
T  横方向
Z  鉛直方向
Z1  下方電極-高分子電解質膜-上方電極の積み重なり帯域
Z2  環状の帯域
【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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【国際調査報告】
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