气体流路形成部件、 制造气体流路形成部件的方法及气体 流路形成部件的成形装置 技术领域 本发明涉及一种布置在燃料电池的发电单元 ( 单格电池 ) 中的气体扩散层和隔 板 ( 隔离器 ) 之间的气体流路形成部件、 用于制造所述气体流路形成部件的方法、 用于制造 所述气体流路形成部件的成形装置、 用于包括所述气体流路形成部件的燃料电池的发电单 元、 和用于制造用于所述燃料电池的发电单元的方法。
背景技术
传统上已提出了一种在专利文献 1 中公开的聚合物电解质燃料电池。这种燃料电 池是由通过将发电单元堆叠起来所形成的燃料电池组构造而成的。 每个发电单元都包括具 有电解质膜、 阳极电极层和阴极电极层的膜电极组件。阳极电极层形成在电解质膜的第一 表面上， 阴极电极层安置在电解质膜的第二表面上。燃料气体如氢气和氧化剂气体如空气 经气体流路形成部件 ( 集电体 ) 供给到阳极电极层和阴极电极层。这在膜电极组件中引发电极反应， 由此发电。所发出的电力经集电体和板状隔板输出到外部。
气体流路形成部件必须能够将燃料气体和氧化剂气体两者有效地供给到阳极电 极层和阴极电极层。根据在专利文献 1 中公开的构型， 气体流路形成部件由形成为金属板 的金属板网 (lath) 构成。在金属板网中形成有多个具有预定形状的小通孔。另外， 通过将 厚度约为 0.1mm 的不锈钢板加工成金属板网， 在金属板网中以网目状的方式形成大致六角 形的通孔。 各自形成六角形通孔的环形部 ( 条片 (strand)) 以相互交迭的状态连接在一起。 因此， 金属板网具有阶梯状截面。
在发电单元中， 在各电极层的表面和气体流路形成部件之间布置有由导电纤维形 成的碳纸板片。碳纸板片使燃料气体和氧化剂气体有效地扩散到相应的电极层。当通过堆 叠多个发电单元来构成燃料电池组时， 布置在各发电单元的上部和下部的两个隔板移动得 彼此更加接近， 以便在碳纸板片和气体流路形成部件之间产生电接触。图 49 示出了传统的 气体流路形成部件 1021， 其布置在与阳极电极层 17 接合的碳纸板片 19 和隔板 23 之间。在 该状态下， 当隔板 23 被向下挤压时， 如图 50 所示， 气体流路形成部件 1021 的接触部 1028 被牢牢地压靠在碳纸板片 19 上并咬入碳纸板片 19 中。
因此， 接触部 1028 可能切断碳纸板片 19 的一部分， 由此使碳纸板片 19 作为气体 扩散层的功能变差。另外， 气体扩散层的一部分可能进入气体流路形成部件 1021 中的燃料 气体流路， 从而减小燃料气体流路的有效面积。 这会增大燃料气体的压力损失， 从而减少燃 料气体的供给量并降低发电效率。此外， 被切断的碳纤维可能由燃料气体夹带并附着在气 体流路形成部件中的狭窄气体流路的壁上， 从而堵塞通路。这会阻碍燃料气体的流动并降 低发电效率。另外， 接触部 1028 咬入碳纸板片 19 中的量在各发电单元间变化。这使得发 电电压不稳定。
气体流路形成部件 1021 具有布置在接触部 1029 的相对侧的接触部 1030。 接触部 1030 的角部与隔板 23 接触， 从而损害隔板 23。此外， 在这种情况下， 难以确保在气体流路形成部件 1021 和隔板 23 之间通电所需的接触表面积。这会妨碍电流从气体流路形成部件 1021 供给到隔板 23， 从而降低发电效率。
为了解决上述问题， 采用了图 40 所示的金属板网成形装置。参照图 40， 该金属板 网成形装置包括具有单个剪切刃 ( 剪切边缘 )333b 的第一剪切模 333、 和第二剪切模 334， 第二剪切模 334 布置在第一剪切模 333 上方并具有交替布置的凹部 334b 和凸部 334a。当 使用该装置使金属板网成形时， 通过第二剪切模 334 的单个下降和上升循环， 凹部 334b 和 凸部 334a 以交替方式分别形成上半环形部和下半环形部。在这种情况下， 由凸部 334a 形 成的下半环形部向下变形而使由凹部 334b 形成的上半环形部向下倾斜下弯。如图 51 所 示， 每个这种下弯部都形成弯曲平表面部 1029。 弯曲平表面部 1029 用作气体流路形成部件 1021 的接触部 1029 并与气体扩散层 1019 保持面接触。这样， 解决了上述由接触部 1029 的 咬入带来的问题。但是， 由于形成了弯曲平表面部 1029a， 气体流路形成部件 1021 的厚度 T 减小。这会减小气体流路的有效面积并降低发电效率。
现有技术文献
专利文献
专利文献 1 ： 日本专利特开 2007-87768 号公报 发明内容 本发明要解决的问题
因此， 本发明的目的涉及一种能够防止气体流路形成部件的接触部咬入气体扩散 层中并由此提高燃料电池的发电效率的气体流路形成部件、 用于制造所述气体流路形成部 件的方法、 用于制造所述气体流路形成部件的成形装置、 用于包括所述气体流路形成部件 的燃料电池的发电单元、 和用于制造用于所述燃料电池的发电单元的方法。
解决问题的手段
为了实现上述目的以及根据本发明的第一方面， 提供了一种用在燃料电池的发电 单元中的气体流路形成部件。所述发电单元包括在电极结构的电极层中形成的气体扩散 层、 和用于使相邻的发电单元彼此隔离的隔板。所述气体流路形成部件布置在所述气体扩 散层和所述隔板之间并且具有气体流路。 所述发电单元构造成通过经所述气体流路向所述 电极层供给燃料气体或氧化剂气体而在所述电极层中引发的电极反应来发电。 所述气体流 路形成部件由利用金属薄板形成的金属板网构成。 在所述金属板网中以网目状的方式形成 有多个通孔。所述气体流路形成部件具有形成所述通孔的多个环形部。所述环形部各自都 包括位于所述环形部和所述气体扩散层之间的接触部中的平表面部。
在该构型中， 在所述气体流路形成部件的形成所述通孔的各个环形部和所述气体 扩散层如碳纸板片之间的接触部中形成有所述平表面部。 由此所述接触部与所述气体扩散 层保持面接触。这可防止所述接触部咬入所述气体扩散层中， 由此防止所述气体扩散层受 损。因此， 不会有所述气体扩散层的碎片进入所述气体流路形成部件的气体流路中。这可 防止所述气体流路的有效面积减小。
上述气体流路形成部件优选地包括位于所述气体流路形成部件和所述隔板之间 的接触部中的平表面部。
在上述气体流路形成部件中， 所述通孔和所述环形部优选地各自都形成为具有六
角形截面， 并且各个接触部优选地设置在与所述六角形的一个侧边对应的位置。
为了实现上述目的以及根据本发明的第二方面， 提供了一种用于制造用在燃料电 池的发电单元中的气体流路形成部件的方法。 所述发电单元包括在电极结构的电极层中形 成的气体扩散层、 和用于使相邻的发电单元彼此隔离的隔板。所述气体流路形成部件布置 在所述气体扩散层和所述隔板之间并且具有气体流路。 所述发电单元构造成通过经所述气 体流路向所述电极层供给燃料气体或氧化剂气体而在所述电极层中引发的电极反应来发 电。用于制造所述气体流路形成部件的所述方法包括 ： 通过在金属薄板中以网目状的方式 形成多个通孔来制造金属板网的第一步骤 ； 和在所述第一步骤之后、 在形成所述金属板网 的所述通孔的各个环形部和所述气体扩散层之间的接触部中形成平表面部的第二步骤。
在用于制造气体流路形成部件的上述方法中， 优选地， 在所述第二步骤中， 通过在 一对辊之间布置和压缩在所述第一步骤中获得的金属板网以使所述接触部发生塑性变形， 来形成所述平表面部。
在用于制造气体流路形成部件的上述方法中， 优选地， 通过在制造所述金属板网 的所述第一步骤时利用固定切断模和可动切断模使所述接触部在所述金属板网的厚度方 向上发生塑性变形， 来进行所述第二步骤中所述平表面部的形成。 为了实现上述目的以及根据本发明的第三方面， 提供了一种用于制造气体流路形 成部件的成形装置。所述成形装置包括具有以预定的节距 (pitch) 交替布置的第一凹部和 第一凸部的固定切断模、 和具有以预定的节距布置的第二凸部和第二凹部的可动切断模。 所述第二凸部与所述第一凹部接合。所述第二凹部与所述固定切断模的所述第一凸部接 合。所述可动切断模能够沿所述金属薄板的厚度方向和宽度方向往复运动。通过借由所述 固定切断模的第一凹部和第一凸部与所述可动切断模的第二凸部和第二凹部之间的接合 在所述金属薄板中以预定的节距形成多个切口并使所述金属薄板弯曲和拉伸， 在所述金属 薄板中形成有限定了通孔的多个环形部。 在所述固定切断模的各个第一凸部的上表面中形 成有倾斜表面。所述倾斜表面朝所述金属薄板的进给方向的下游侧向下倾斜。
为了实现上述目的以及根据本发明的第四方面， 提供了一种用于制造气体流路形 成部件的成形装置。 所述成形装置包括具有以预定的节距交替布置的第一凹部和第一凸部 的固定切断模、 和具有以预定的节距布置的第二凸部和第二凹部的可动切断模。所述第二 凸部与所述第一凹部接合。所述第二凹部与所述固定切断模的所述第一凸部接合。所述可 动切断模能够沿所述金属薄板的厚度方向和宽度方向往复运动。 通过借由所述固定切断模 的第一凹部和第一凸部与所述可动切断模的第二凸部和第二凹部之间的接合在所述金属 薄板中以预定的节距形成多个切口并使所述金属薄板弯曲和拉伸， 在所述金属薄板中形成 有限定了通孔的多个环形部。 在所述可动切断模的各个第二凸部的下表面中形成有倾斜表 面。所述倾斜表面朝与所述金属薄板的进给方向相反的上游方向向上倾斜。
在上述成形装置中， 所述固定切断模或所述可动切断模优选地使各个环形部的处 于所述环形部与所述燃料电池的气体扩散层的接触部的相对两侧的两个侧部朝相应通孔 的中心弯曲。
为了实现上述目的以及根据本发明的第四方面， 提供了一种气体流路形成部件， 其包括在电极结构的电极层中形成的气体扩散层、 和布置在所述气体扩散层和隔板之间以 供给燃料气体或氧化剂气体的气体流路。 所述气体流路形成部件构造成通过经所述气体流
路向所述电极层供给燃料气体或氧化剂气体而在所述电极层中引发的电极反应来发电。 所 述气体流路形成部件由通过在金属薄板中以网目状的方式形成多个环形部而构造成的金 属板网形成。各个环形部都具有通孔。在各个环形部的与所述气体扩散层的表面接触的第 一接触部中形成有第一平表面部。 在各个环形部的与所述隔板的背面接触的第二接触部中 形成有第二平表面部。 所述第一平表面部在所述气体流路的方向上的宽度被设定成大于所 述第二平表面部在所述气体流路的方向上的宽度。
在该构型中， 在所述气体流路形成部件中形成有形成所述通孔的环形部。通过挤 压， 在各个环形部的外周内的与所述气体扩散层如碳纸板片接触的第一接触部中形成有所 述第一平表面部。由此所述第一平表面部与所述气体扩散层的相应表面保持面接触。这可 防止所述第一接触部咬入所述气体扩散层中， 从而防止所述气体扩散层受损。 因此， 可防止 所述气体流路的有效面积因所述气体扩散层的碎片进入所述气体流路形成部件的气体流 路中而减小。
通过挤压， 在各个环形部的外周内的与所述隔板接触的第二接触部中形成有所述 第二平表面部。由此所述第二平表面部与所述隔板的背面保持面接触， 从而可防止所述隔 板受损并确保所述气体流路形成部件和所述隔板之间的必要通电表面积。 这可减小由发电 产生的电阻并提高发电效率。
所述第一平表面部的宽度被设定为较大值以便防止所述第一平表面部咬入所述 气体扩散层中。 所述第二平表面部的宽度被设定得比所述第一平表面部的宽度小到如此程 度， 使得可防止所述隔板受损并在所述第二平表面部和所述隔板之间确保必要的通电表面 积。 这可保持所述气体流路形成部件的适当厚度并确保所述气体流路形成部件中所述气体 流路的有效面积。如果所述第二平表面部的宽度等于所述第一平表面部的宽度， 则在挤压 出所述第一和第二平表面部时所述气体流路形成部件会被过度压缩。 这会减小所述气体流 路形成部件的厚度并减小所述气体流路的尺寸。
如上， 所述气体流路形成部件优选地构造成 ： 形成有使所述环形部连接的连结板 部； 在各个环形部中布置有面向所述气体扩散层的第一半环形部 ； 所述第一半环形部包括 连接到相应的连结板部的一对第一侧板部、 与所述第一侧板部的端部一体连结的一对第一 倾斜板部、 和以使所述第一倾斜板部彼此连接的方式与所述第一倾斜板部一体连结的第一 平板部， 所述第一平板部包括与所述气体扩散层接触的第一接触部， 所述第一平表面部形 成在所述第一接触部中 ； 在各个环形部中形成有面向所述隔板的第二半环形部 ； 并且所述 第二半环形部包括与相应的连结板部一体连结的一对第二倾斜板部、 与所述第二倾斜板部 的端部一体连结的一对平行的第二侧板部、 和以使所述第二侧板部彼此连接的方式与所述 第二侧板部一体连结的第二平板部， 所述第二平板部具有与所述隔板接触的第二接触部， 所述第二平表面部形成在所述第二接触部中。
为了实现上述目的以及根据本发明的第五方面， 提供了一种用于制造气体流路形 成部件的方法。所述方法包括 ： 利用第一剪切模和第二剪切模在所述金属薄板的端部的多 个位置交替地形成面向所述气体扩散层的第一半环形部和面向所述隔板的第二半环形部 的第一步骤， 其中所述第一剪切模具有以预定的节距交替布置的多个第一凹部和多个第一 凸部， 所述第二剪切模具有以预定的节距交替布置在多个位置的第二凸部和第二凹部， 所 述第二凸部对应于所述第一凹部且所述第二凹部对应于所述第一凸部 ； 通过使所述金属薄板移动预定量并使所述第一剪切模和所述第二剪切模在与所述金属薄板的进给方向垂直 的方向上偏移而在所述金属薄板的多个位置交替地形成所述第一半环形部和所述第二半 环形部的第二步骤 ； 通过与所述第一步骤类似的步骤和与所述第二步骤类似的步骤的交替 重复、 利用沿所述金属薄板的进给方向邻接布置的所述第一半环形部和相应的第二半环形 部在所述金属薄板中以网目状的方式形成各自都具有通孔的多个环形部而获得金属板网 的第三步骤 ； 和通过在所述第三步骤之后同时挤压所述金属板网的两个表面而在各个第一 半环形部的第一接触部中形成第一平表面部以及在各个第二半环形部的第二接触部中形 成第二平表面部的第四步骤， 所述第一平表面部在所述气体流路的方向上的宽度被设定成 小于所述第二平表面部在所述气体流路的方向上的宽度。
为了实现上述目的以及根据本发明的第六方面， 提供了一种用在用于制造气体流 路形成部件的方法中的成形装置。 所述装置包括第一剪切模、 第二剪切模和压机， 所述压机 沿包括环形部的金属板网的厚度方向挤压所述金属板网。 所述金属板网是通过使所述第一 剪切模和所述第二剪切模分别在所述金属薄板的厚度方向和与所述金属薄板的进给方向 垂直的方向上往复运动、 从而实现所述第一凹部和所述第二凸部之间以及所述第一凸部和 所述第二凹部之间的接合、 并在以预定的节距在所述金属薄板中形成多个切口之后使所述 金属薄板弯曲和拉伸而形成的。 所述第一凸部、 所述第一凹部、 所述第二凹部和所述第二凸 部以如此方式被成形为， 使得各个第一半环形部在被挤压时的变形量与相应的第二半环形 部在被挤压时的变形量不同， 以便挤压所述半环形部。 在上述成形装置中， 所述第一剪切模的各个第一凸部和所述第二剪切模的各个第 二凹部各自都具有用于使构成所述第一半环形部的一对第一侧板成形的成形表面、 用于使 连接到所述第一侧板的一对第一倾斜板部成形的成形表面、 和用于使以使所述第一倾斜板 部彼此连接的方式连接到所述第一倾斜板部的第一平板部成形的成形表面。另外， 所述第 一剪切模的各个第一凹部和所述第二剪切模的各个第二凸部各自都具有用于使构成所述 第二半环形部的一对第二倾斜板部成形的成形表面、 用于使连接到所述第一倾斜板部的一 对第二侧板部成形的成形表面、 和用于使以使所述第二侧板部彼此连接的方式连接到所述 第二侧板部的第二平板部成形的成形表面。
为了实现上述目的以及根据本发明的第七方面， 提供了一种用于燃料电池的发电 单元。 所述单元包括电极层、 形成在所述电极层的表面上的气体扩散层、 面向所述气体扩散 层的隔板、 和布置在所述气体扩散层和所述隔板之间并具有供燃料气体或氧化剂气体供给 到所述电极层的气体流路的气体流路形成部件。 所述发电单元通过在所述电极层中引发的 电极反应来发电。所述气体流路形成部件由利用金属薄板形成的金属板网构成。在所述气 体流路形成部件中以网目状的方式形成有多个环形部， 所述多个环形部各自都具有带有预 定形状的通孔。 在各个环形部中形成有与所述气体扩散层的表面保持面接触的弯曲平表面 部。在所述弯曲平表面部和使相应的环形部连接的连结板部之间形成有非弯曲平表面部。 所述弯曲平表面部和所述非弯曲平表面部利用金属板网成形装置在多个连续的步骤中形 成。
根据本发明， 在所述气体流路形成部件的形成所述通孔的各个环形部的外周内的 与所述气体扩散层如碳纸板片接触的接触部中形成有所述弯曲平表面部。 由此所述弯曲平 表面部与所述气体扩散层的相应表面保持面接触。 这可防止所述接触部咬入所述气体扩散
层中， 由此防止所述气体扩散层受损。 因此， 不会有受损的气体扩散层的碎片进入所述气体 流路形成部件内的气体流路中。由此可防止所述气体流路的有效面积减小。
根据本发明， 所述弯曲平表面部和所述非弯曲平表面部通过两个金属板网加工循 环形成。因此， 与通过单个金属板网加工循环在各个环形部的位于环形部的宽度方向上的 整个范围内形成宽的弯曲平表面部的情况相比， 弯曲平表面部所形成的宽度减小， 并且因 此， 所述气体流路形成部件的厚度增大。 结果， 所述气体流路的有效面积增大并且发电效率 提高。
在根据本发明的用于燃料电池的发电单元中， 各个环形部优选地形成为五角形或 六角形。
为了实现上述目的以及根据本发明的第八方面， 提供了一种用于制造用于燃料电 池的发电单元的方法。 所述方法包括第一步骤， 所述第一步骤包括 ： 利用第一剪切模和第二 剪切模顺次加工位于所述金属薄板内并在所述金属薄板的进给方向上交替布置的多个第 一被加工部分和多个第二被加工部分， 所述第一剪切模具有直线形的第一剪切刃， 所述第 二剪切模具有以预定的间隔交替布置的多个凹部和多个凸部， 在所述凸部中形成有第二剪 切刃， 所述第二剪切刃与所述第一剪切刃协作以在所述金属薄板中形成多个切口 ； 以及在 已将所述金属薄板的各个第一被加工部分移动到相对于所述第一剪切模和所述第二剪切 模的中间成形位置的状态下， 在所述第一被加工部分中形成各自都具有所述弯曲平表面部 的半环形部。 所述方法还包括 ： 在所述第一步骤之后、 在已将各个第一被加工部分移动到相 对于所述第一剪切模和所述第二剪切模的最终成形位置的状态下、 在所述第一被加工部分 中形成各自都具有所述非弯曲平表面部的半环形部的第二步骤 ； 在所述第二步骤之后、 在 已将所述金属薄板中从所述金属薄板的进给方向的上游侧与相应的第一被加工部分邻接 的各个第二被加工部分移动到相对于所述第一剪切模和所述第二剪切模的中间成形位置 的状态下、 通过使所述第二剪切模在与所述金属薄板的进给方向垂直的方向上偏移而在所 述第二被加工部分中形成各自都具有所述弯曲平表面部的半环形部的第三步骤 ； 在所述第 三步骤之后、 在已将各个第二被加工部分进一步移动到相对于所述第一剪切模和所述第二 剪切模的最终成形位置的状态下在所述第二被加工部分中形成各自都具有所述非弯曲平 表面部的半环形部的第四步骤 ； 和通过交替地重复所述第一和第二步骤以及所述第三和第 四步骤在所述金属薄板中以网目状的方式形成所述环形部而使所述金属板网成形的步骤。
在根据本发明的用于制造用于燃料电池的发电单元的方法中， 所述第二步骤和所 述第四步骤都优选地执行多次。 附图说明 [ 图 1] 图 1 是示出由包括根据本发明的气体流路形成部件的发电单元构成的燃料 电池组的纵剖视图 ；
[ 图 2] 图 2 是示出发电单元的分解透视图 ；
[ 图 3] 图 3 是示出根据本发明第一实施例的第一气体流路形成部件的一部分的透 视图， 以及局部剖视图 ；
[ 图 4] 图 4 是示出金属板网加工装置的剖视图 ；
[ 图 5] 图 5 是示出固定切断模和可动切断模的局部透视图 ；
[ 图 6] 图 6 是示出固定切断模和可动切断模彼此接合的金属板网加工装置的局部 剖视图 ；
[ 图 7] 图 7 是示出金属板网的一部分的平面图 ；
[ 图 8] 图 8 是沿图 7 的线 8-8 截取的剖视图 ；
[ 图 9] 图 9 是示出平表面部形成之前的金属板网的一部分的透视图 ；
[ 图 10] 图 10 是示出平表面部形成装置的示意图 ；
[ 图 11] 图 11 是示出碳纸板片、 第一气体流路形成部件和第一隔板堆叠在一起的 状态的局部剖视图 ；
[ 图 12] 图 12 是示出根据另一实施例的固定切断模和可动切断模的一部分的局部 透视图 ；
[ 图 13] 图 13 是示出利用图 12 所示的固定切断模和可动切断模在金属板网中形 成平表面部的方法的剖视图 ；
[ 图 14] 图 14 是示出碳纸板片、 第一气体流路形成部件和第一隔板堆叠在一起的 状态的局部剖视图 ；
[ 图 15] 图 15 是示出根据本发明另一实施例的平表面部成形装置的局部剖视图 ； [ 图 16] 图 16 是示出平表面部形成之前的金属板网的剖视图 ；
[ 图 17] 图 17 是示出平表面部形成之后的金属板网的剖视图 ；
[ 图 18] 图 18 是示出平表面部形成之前的金属板网的剖视图 ；
[ 图 19] 图 19 是示出平表面部形成之后的金属板网的剖视图 ；
[ 图 20] 图 20(a) 和 20(b) 都是示出根据本发明另一实施例的金属板网加工装置 的局部剖视图 ；
[ 图 21] 图 21 是示出根据本发明另一实施例的固定切断模的局部剖视图 ；
[ 图 22] 图 22 是示出根据本发明第二实施例的气体流路形成部件的局部透视图 ；
[ 图 23] 图 23 是示出气体流路形成部件的局部正视图 ；
[ 图 24] 图 24 是示出气体流路形成部件的局部剖视图 ；
[ 图 25] 图 25 是示出金属板网加工装置的剖视图 ；
[ 图 26] 图 26 是示出第一剪切模和第二剪切模的局部透视图 ；
[ 图 27] 图 27 是示出金属板网加工装置的局部剖视图， 示出了该装置的操作 ；
[ 图 28] 图 28 是示出金属板网的局部透视图 ；
[ 图 29] 图 29 是示出金属板网的局部正视图 ；
[ 图 30] 图 30 是示出金属板网的剖视图 ；
[ 图 31] 图 31 是示出金属板网的环形部的局部放大正视图 ；
[ 图 32] 图 32 是示出挤压装置的正视图 ；
[ 图 33] 图 33 是示出包括气体扩散层、 第一气体流路形成部件和第一隔板的堆叠 结构的放大剖视图 ；
[ 图 34] 图 34 是示出根据另一实施例的环形部的局部正视图 ；
[ 图 35] 图 35 是示出根据本发明第三实施例的气体流路形成部件的局部透视图 ；
[ 图 36] 图 36 是示出第一气体流路形成部件的一部分的正视图 ；
[ 图 37] 图 37 是示出第一气体流路形成部件的一部分的剖视图 ；
[ 图 38] 图 38 是示出包括气体扩散层、 第一气体流路形成部件和第一隔板的堆叠 结构的剖视图 ；
[ 图 39] 图 39 是示出用于金属板网的金属板网成形装置的剖视图 ；
[ 图 40] 图 40 是示出第一剪切模的一部分和第二剪切模的一部分的透视图 ；
[ 图 41] 图 41(a) 和 41(b) 是示出制造气体流路形成部件的步骤的剖视侧视图和 正视图 ；
[ 图 42] 图 42(a) 和 42(b) 是示出制造气体流路形成部件的步骤的剖视侧视图和 正视图 ；
[ 图 43] 图 43(a) 和 43(b) 是示出制造气体流路形成部件的步骤的剖视侧视图和 正视图 ；
[ 图 44] 图 44(a) 和 44(b) 是示出制造气体流路形成部件的步骤的剖视侧视图和 正视图 ；
[ 图 45] 图 45(a) 和 45(b) 是示出制造气体流路形成部件的步骤的剖视侧视图和 正视图 ；
[ 图 46] 图 46(a) 和 46(b) 是示出制造气体流路形成部件的步骤的剖视侧视图和 正视图 ；
[ 图 47] 图 47(a) 和 47(b) 是示出制造气体流路形成部件的步骤的剖视侧视图和 正视图 ；
[ 图 48] 图 48(a) 和 48(b) 是示出制造气体流路形成部件的步骤的剖视侧视图和 正视图 ；
[ 图 49] 图 49 是示出构成传统的发电单元的碳纸板片、 第一气体流路形成部件和 第一隔板的堆叠状态的剖视图 ；
[ 图 50] 图 50 是示出第一隔板压靠在碳纸板片上的剖视图 ； 以及
[ 图 51] 图 51 是示出传统的发电单元的、 包括气体扩散层、 第一气体流路形成部件 和隔板的堆叠结构的剖视图。具体实施方式
( 第一实施例 )
现在将参照图 1 至 21 描述包括根据本发明的气体流路形成部件的聚合物电解质 燃料电池组 11 的实施例。
如图 1 和 2 所示， 燃料电池组 11 是通过堆叠多个发电单元 12 而形成的。每个发 电单元 12 都包括第一框架 13、 第二框架 14 和用作电极结构的 MEA( 膜电极组件 )15。第一 和第二框架 13、 14 均由合成橡胶或合成树脂形成并形成为矩形框架。第一框架 13 和第二 框架 14 分别具有燃料气体流路空间 S1 和氧化剂气体流路空间 S2。MEA 15 布置在框架 13、 14 之间。 每个发电单元 12 还具有接纳在燃料气体流路空间 S1 内的第一气体流路形成部件 21 和接纳在氧化剂气体流路空间 S2 内的第二气体流路形成部件 22。第一和第二气体流路 形成部件 21、 22 两者都由钛形成。发电单元 12 还包括第一隔板 23 和第二隔板 24。第一隔 板 23 与第一框架 13 的上表面和第一气体流路形成部件 21 的上表面接合。第二隔板 24 与 第二框架 14 的下表面和第二气体流路形成部件 22 的下表面接合。第一和第二隔板 23、 24两者都由钛形成并成形为平板。在图 2 中， 简化了气体流路形成部件 21、 22 的形状。
在第一框架 13 的一对相对的边缘内形成有均由长形孔形成的气体流路 13a、 13b。 在第二框架 14 的一对相对的边缘内形成有均由长形孔形成的气体流路 14a、 14b。具体地， 气体流路 13a、 13b 形成在第一框架 13 的不与第二框架 14 的形成有气体流路 14a、 14b 的边 缘对应的边缘内。
MEA 15 由电极膜 16、 阳极电极层 17、 阴极电极层 18 和各自均用作导电气体扩散 层的碳纸板片 19、 20 构成。阳极电极层 17 是通过将预定的催化剂堆叠在电极膜 16 的上表 面上而形成的。阴极电极层 18 是通过将预定的催化剂堆叠在电极膜 16 的下表面上而形成 的。碳纸板片 19 与阳极电极层 17 的相应表面接合， 碳纸板片 20 与阴极电极层 18 的相应 表面接合。在第一隔板 23 的彼此垂直延伸的一对边缘内形成有气体入口 23a。在第一隔板 23 的彼此垂直延伸的另一对边缘内形成有气体出口 23b。类似地， 在第二隔板 24 的彼此垂 直延伸的一对边缘内形成有气体入口 24a。 在第二隔板 24 的彼此垂直延伸的另一对边缘内 形成有气体出口 24b。
如图 3 所示， 第一和第二气体流路形成部件 21、 22 均由厚度约为 0.1mm 的、 成形为 板网 25( 下文中简称为金属板网 ) 的钛部件形成。在金属板网 25 中以交错的方式形成有 大致六角形的通孔 26。形成通孔 26 的环形部 27 以相互交迭的状态连接在一起。每个环形 部 27 都具有与碳纸板片 19、 20 接触的第一接触部 28 和与第一或第二隔板 23、 24 的内表面 接触的第二接触部 29。在第一接触部 28 和第二接触部 29 中分别形成有第一平表面部 28a 和第二平表面部 29a。第一平表面部 28a 与碳纸板片 19、 20 保持面接触， 第二平表面部 29a 与隔板 23、 24 保持面接触。
第一气体流路形成部件 21 以与碳纸板片 19 的相应表面和第一隔板 23 的内表面 接触的方式布置在第一框架 13 的燃料气体流路空间 S1 内。第二气体流路形成部件 22 以 与碳纸板片 20 的相应表面和第二隔板 24 的内表面接触的方式布置在第二框架 14 的氧化 剂气体流路空间 S2 内。
如图 2 中的箭头 G1 所示， 第一气体流路形成部件 21 将燃料气体从第一隔板 23 的 第一气体入口 23a 导入到燃料气体流路空间 S1 内。然后燃料气体流到第一气体出口 23b 或第二框架 14 的气体流路 14b 和第二隔板 24 的相应的第一气体出口 24b。如图 2 中的箭 头 G2 所示， 第二气体流路形成部件 22 将氧化剂气体从第一隔板 23 的第二气体入口 23a 经 第一框架 13 的气体流路 13a 导入到氧化剂气体流路空间 S2 内。然后氧化剂气体经第一框 架 13 的气体流路 13b 流到第二气体出口 23b， 或流到第二隔板 24 的第二气体出口 24b。
为了确保第一框架 13 和电极膜 16 及第二框架 14 之间的面接触的密封性能， 第一 和第二框架 13、 14 均由合成树脂模制而成。因此， 当通过堆叠发电单元 12 而构成燃料电池 组 11 时， 由紧固燃料电池组 11 所产生的载荷使得第一和第二气体流路形成部件 21、 22 以 被相应的第一和第二隔板 23、 24 压靠在 MEA 15 上的状态被组装在一起。这保持了第一接 触部 28 的第一平表面部 28a 和碳纸板片 19 之间的适当的接触状态以及第二接触部 29 的 第二平表面部 29a 和第一隔板 23 之间的适当的接触状态。由于第二气体流路形成部件 22 以与气体流路形成部件 21 相同的方式构造而成， 所以在第一接触部 28 的第一平表面部 28a 和碳纸板片 20 之间以及在第二接触部 29 的第二平表面部 29a 和第二隔板 24 之间都保持 了适当的接触状态。在各相邻的成对被堆叠的发电单元 12 之间， 第一隔板 23 的第一气体入口 23a 经 第一框架 13 的燃料气体流路空间 S1 和第二框架 14 的气体流路 14a 与第二隔板 24 的相应 的第一气体入口 24a 连通。这样， 形成了燃料气体流路 ( 氢气流路 )。第一隔板 23 的第二 气体入口 23a 经第一框架 13 的气体流路 13b 和第二框架 14 的氧化剂气体流路空间 S2 与 第二隔板 24 的相应的第一气体入口 24a 连通。这样， 形成了氧化剂气体流路 ( 空气流路 )。
第一气体流路形成部件 21 使得燃料气体流路中的燃料气体在燃料气体流路空间 S1 内以均匀扩散的状态流动。 第二气体流路形成部件 22 使得氧化剂气体流路空间 S2 内的 氧化剂气体在氧化剂气体流路空间 S2 内以均匀扩散的状态流动。换言之， 燃料气体流路空 间 S1 内的燃料气体流通过在第一气体流路形成部件 21 中以交错方式形成的通孔 26， 从而 引起湍流。结果， 燃料气体在气体流路空间 S1 内均匀扩散。这样， 燃料气体因通过碳纸板 片 19 而扩散并均匀地供给到阳极电极层 17。
类似地， 氧化剂气体流路空间 S2 内的氧化剂气体流通过在第二气体流路形成部 件 22 中以交错方式形成的通孔 26， 从而引起湍流。结果， 氧化剂气体在氧化剂气体流路空 间 S2 内均匀扩散。这样， 氧化剂气体因通过碳纸板片 20 而扩散并均匀地供给到阴极电极 层 18。通过将燃料气体和氧化剂气体这样供给到 MEA 15， 在 MEA 15 中引发电极反应并发 电。由于在燃料电池组 11 中堆叠有多个发电单元 12， 所以能获得期望的输出。 下面将描述用于制造第一和第二气体流路形成部件 21、 22 的方法。
第一气体流路形成部件 21 利用图 4 所示的金属板网加工装置而成形。该金属板 网加工装置包括连续供给钛薄板 25A 的一对进给辊 31。 该金属板网加工装置包括用于使金 属板网 25 成形的成形机构 32。成形机构 32 在钛薄板 25A 中形成多个切口并通过弯曲和拉 伸使钛薄板 25A 发生塑性变形。成形机构 32 在钛薄板 25A 中以网目状的方式形成多个六 角形通孔 26 并使钛薄板 25A 成形为阶梯状。成形机构 32 具有不动地固定在预定位置的固 定切断模 33， 和能够沿向上、 向下、 向左和向右方向往复运动的可动切断模 34。
如图 5 所示， 固定切断模 33 具有侧壁 33a， 侧壁 33a 位于朝各钛薄板 25A 的进给 方向的下游侧的位置。在侧壁 33a 的上部内形成有多个凸部 33b( 第一凸部 ) 和多个凹部 33c( 第一凹部 )。凸部 33b 和凹部 33c 以预定的横向节距交替布置。在可动切断模 34 的下 部内形成有与固定切断模 33 的相应凹部 33c 接合的多个凸部 34a( 第二凸部 ) 和与固定切 断模 33 的相应凸部 33b 接合的多个凹部 34b( 第二凹部 )。凸部 34a 和凹部 34b 以预定的 横向节距交替布置。固定切断模 33 具有剪切刃 33d， 各个剪切刃 33d 形成在凹部 33c 中相 关一个凹部的内表面的上端并在钛薄板 25A 中形成切口。可动切断模 34 具有剪切刃 34c， 各个剪切刃 34c 形成在凸部 34a 中相关一个凸部的下端以在钛薄板 25A 中形成切口。
如图 4 所示， 进给辊 31 将钛薄板 25A 从固定切断模 33 向可动切断模 34 移动预定 的加工节距。在该状态下， 固定切断模 33 的剪切刃 33d 和下降的可动切断模 34 的剪切刃 34c 使得所述剪切刃剪切钛薄板 25A 的一部分， 以在钛薄板 25A 中形成多个切口。 可动切断 模 34 持续下降到最低位置并利用可动切断模 34 的凸部 34a 将钛薄板 25A 下压， 由此使板 25A 弯曲和拉伸。通过钛薄板 25A 的一部分的这种弯曲和拉伸， 钛薄板 25A 形成为图 6 所示 的大致梯形。此后， 可动切断模 34 从最低位置向上移动并回到初始位置。
然后， 进给辊 31 使钛薄板 25A 又向成形机构 32 移动预定节距。同时， 可动切断模 34 向左或向右移动与环形部 27 的排列节距 (alignment pitch) 的一半对应的距离。 然后，
可动切断模 34 再次下降以在钛薄板 25A 中在从先前加工的弯曲拉伸部向左或向右偏移一 半节距的位置处形成切口， 并使钛薄板 25A 弯曲拉伸。这样， 通过在钛薄板 25A 中形成多个 通孔 26 并使钛薄板 25A 弯曲和拉伸， 便制成了金属板网 25。
通过重复上述操作， 如图 7 至 9 所示， 通孔 26 在金属板网 25 中以网目状和交错的 方式形成。尽管固定切断模 33 的凸部 33b 和凹部 33c 与可动切断模 34 的凸部 34a 和凹部 34b 接合， 但在金属板网 25 中仍存在没有被下降的可动切断模 34 加工的未加工部分。 通过 所述未加工部分， 环形部 27 以相互交迭的状态连接在一起。这样， 便形成了图 8 和 9 所示 的具有阶梯状截面的金属板网 25。
下面将描述用于在各个第一接触部 28 和各个第二接触部 29 中分别形成第一平表 面部 28a 和第二平表面部 29a 的方法。
如图 10 所示， 平表面部形成装置 40 包括将金属板网 25 支承在底座 41 的顶表面 上的一对台架 42、 43。在底座 41 上安装有平表面部形成机构 44。平表面部形成机构 44 具 有立柱 45、 安装在立柱 45 上的未示出的马达和由所述马达旋转的一对压缩辊 46、 47。
为了在金属板网 25 的第一和第二接触部 28、 29 中形成平表面部 28a、 29a， 金属板 网 25 从台架 42 被送到如箭头所示地旋转的压缩辊 46、 47 之间的位置。然后两个压缩辊 46、 47 压缩金属板网 25 的上表面和下表面并将金属板网 25 向如图 10 中看去的右侧移动。 该操作将金属板网 25 的第一和第二接触部 28、 29 从上方和下方各压缩预定量。这样， 第一 和第二接触部 28、 29 发生塑性变形， 从而在第一接触部 28 中形成第一平表面部 28a 并在第 二接触部 29 中形成第二平表面部 29a。此后， 金属板网 25 按照预定的尺寸被切断， 并且形 成第一和第二气体流路形成部件 21、 22。 如图 11 所示， 第一气体流路形成部件 21 结合在图 1 所示的各个发电单元 12 内， 其中第一平表面部 28a 与碳纸板片 19 的上表面保持面接触， 第二平表面部 29a 与第一隔板 23 的背面保持面接触。
第一实施例具有下述优点。
(1) 接纳在第一框架 13 的燃料气体流路空间 S1 内的第一气体流路形成部件 21 由 金属板网 25 形成。接纳在第二框架 14 的氧化剂气体流路空间 S2 内的第二气体流路形成 部件 22 也由金属板网 25 形成。在形成金属板网 25 的通孔 26 的各个环形部 27 的与碳纸 板片 19 接触的第一接触部 28 中形成有第一平表面部 28a。这使得在第一接触部 28 与由纤 维形成的碳纸板片 19 之间能产生面接触。由此可防止第一接触部 28 咬入碳纸板片 19 的 表面中。因此， 可防止碳纸板片 19 和碳纸板片 20 分别进入第一气体流路形成部件 21 的燃 料气体流路和第二气体流路形成部件 22 的氧化剂气体流路。这防止了燃料气体流路空间 S1 和氧化剂气体流路空间 S2 的有效面积的减小。 结果， 可防止燃料气体和氧化剂气体的供 给量减少， 并避免发电效率的降低。
此外， 同第一和第二接触部 28、 29 与碳纸板片 19、 20 线接触的情况相比， 碳纸板片 19、 20 与相应的第一和第二气体流路形成部件 21、 22 以可靠的方式电连接。这使得从碳纸 板片 19、 20 到第一和第二气体流路形成部件 21、 22 能进行平稳的通电。另外， 可防止碳纸 板片 19、 20 被第一和第二接触部 28、 29 损坏。这防止了由断裂的碳纤维引起的对气体流路 形成部件 21、 22 中气体流路的堵塞。由此确保了发电性能。
(2) 在第一和第二气体流路形成部件 21、 22 的各个第二接触部 29 中形成有第二平
表面部 29a。这使得在第二平表面部 29a 与第一和第二隔板 23、 24 之间能产生面接触。因 此， 同第二接触部 29 与第一和第二隔板 23、 24 线接触的情况相比， 第一和第二气体流路形 成部件 21、 22 与第一和第二隔板 23、 24 以可靠的方式电连接。这使得从气体流路形成部件 21、 22 到隔板 23、 24 能进行平稳的通电， 从而提高了集电效率。另外， 可防止隔板 23、 24 被 第二接触部 29 损坏。
(3) 平表面部形成装置 40 具有图 10 所示的两个辊 46、 47。利用这些辊 46、 47 便 于在金属板网 25 的第一和第二接触部 28、 29 中形成平表面部 28a、 29a。
第一实施例可变型如下。
成形机构 32 的固定切断模 33 的构型可如图 12 至 14 所示地改变。在这种情况 下， 在固定切断模 33 的凸部 33b 的顶表面中形成有倾斜表面 33e。倾斜表面 33e 朝钛薄板 25A 的进给方向的下游侧向下倾斜。类似地， 在可动切断模 34 的凹部 34b 的内表面中形成 有倾斜表面 34d。与倾斜表面 33e 一样， 倾斜表面 34d 朝钛薄板 25A 的进给方向的下游侧向 下倾斜。当用固定切断模 33 和可动切断模 34 加工金属板网 25 时， 倾斜表面 33e、 34d 在环 形部 27 的第一接触部 28 中形成弯曲部。各个弯曲部的表面形成第一平表面部 28a。在这 种情况下， 第一平表面部 28a 只形成在与碳纸板片 19 接触的第一接触部 28 中。或者， 如图 13 中的双点划线所示， 可动切断模 34 的厚度能以如此方式增大， 使得在可动切断模 34 中形 成有各自从相应的倾斜表面 34d 水平伸出的平部 34e。这增大了可动切断模 34 的刚性。
如此制成的第一气体流路形成部件 21 结合在各个发电单元 12 内， 其中第一接触 部 28 的第一平表面部 28a 与 MEA 15 的碳纸板片 19 保持面接触。
如图 15 所示， 在可动切断模 34 的凸部 34a 的下表面中可形成有朝钛薄板 25A 的 进给方向的上游侧向上倾斜的倾斜表面 34f。在这种情况下， 在第二接触部 29 中形成平表 面部 29a。
图 12 所示的构型和图 15 所示的构型可结合使用。在这种情况下， 在气体流路形 成部件 21 中第一平表面部 28a 和第二平表面部 29a 两者分别形成在接触部 28 和接触部 29 上。
如果利用图 10 所示的平表面部形成装置 40 在由各自形成通孔 26 的六角形环形 部 27 形成的、 图 16 所示的金属板网 25 中形成平表面部， 则参照图 17， 各个六角形环形部 27 的位于处在环形部 27 和碳纸板片 20 之间的接触部的相对侧的两个侧部向外扩展。这会减 小由碳纸板片 20 和金属板网 25 包围的气体流路 T 的有效面积。为了解决该问题， 如图 18 所示， 各个六角形环形部 27 的侧部能以形成大致 L 形或弓形弯曲部 27a 的方式朝通孔 26 的中心弯曲。如果金属板网 25 如图 18 所示地成形， 然后再经受平表面部形成装置 40 的操 作， 则参照图 19， 各个通孔 26 的面积减小， 但气体流路 T 的有效面积增大。 这可提高燃料电 池的发电效率。
参照图 20(a)， 例如， 可动切断模 34 的各个凸部 34a 的两个侧面和各个凹部 34b 的 两个侧面可改变为倾斜表面以在环形部 27 中形成弯曲部 27a。 或者， 如图 20(b) 所示， 固定 切断模 33 的各个凸部 33b 的两个侧面和各个凹部 33c 的两个侧面可改变为倾斜表面。
可通过利用压机在金属板网 25 的厚度方向上将金属板网 25 压缩预定量， 在第一 和第二气体流路形成部件 21、 22 中形成平表面部 28a、 29a。第一接触部 28 和第二接触部 29 可利用研磨机或通过机械加工形成。除了不锈钢板之外， 还可采用例如由铝、 铜或钛形成的导电金属板作为第一和第 二气体流路形成部件 21、 22 的材料。
参照图 21， 固定切断模 33 可由模具 33h 和下方的可动切断模 33i 构成， 模具 33 和 可动切断模 33i 是分立的体部。在这种情况下， 上方的可动切断模 34 通过未示出的升降机 构或伺服马达 M1 的操作沿向上、 向下、 向左和向右的方向往复运动。模具 33h 固定在预定 位置。下方的可动切断模 33i 通过伺服马达 M2 的操作沿向左和向右的方向往复运动。如 在图 21 所示的构型中那样， 图 12 所示的固定模 33 也可由作为分立体部的模具和下方的可 动切断模构成。
( 第二实施例 )
现在将参照图 22 至 34 描述本发明的第二实施例。此处将省略对第二实施例的与 第一实施例的相应组成部分类似或相同的组成部分的详细说明。
参照图 23， 在环形部 227 的上部内布置有与气体扩散层 19 接触的半环形部 R1( 第 一半环形部 )。半环形部 R1 由一对第一侧板部 227a、 一对第一倾斜板部 227b、 和第一平板 部 227c 构成。 第一倾斜板部 227b 与相应的侧板部 227a 的上端一体连结。 第一平板部 227c 以使第一倾斜板部 227b 的末端彼此连接的方式与第一倾斜板部 227b 的末端一体连结。在 各个环形部 227 的下部内布置有与隔板 23 接触的半环形部 R2( 第二半环形部 )。半环形部 R2 由一对第二倾斜板部 227d、 一对第二侧板部 227e、 和第二平板部 227f 构成。 第二侧板部 227e 从相应的第二倾斜板部 227d 的末端向下延伸。第二平板部 227f 以使侧板部 227e 的 末端彼此连接的方式与侧板部 227e 的末端一体连结。
参照图 22， 连结板部 228 对应于构成各个半环形部 R2 的第二平板部 227f。各个 半环形部 R1 的第一平板部 227c 具有位于连结板部 228( 第二平板部 227f) 的相对侧的端 部。该端部是与气体扩散层 19( 或 20) 的表面接触的第一接触部 229。各个半环形部 R2 的 第二平板部 227f( 连结板部 228) 具有位于第一平板部 227c 的相对侧的端部。如图 24 所 示， 该端部是与第一或第二隔板 23、 24 的内表面接触的第二接触部 230。在第一接触部 229 和第二接触部 230 中分别形成有第一平表面部 229a 和第二平表面部 230a。第一和第二平 表面部 229a、 230a 是通过在金属板网 25 的厚度方向上同时压缩金属板网 25 的两个表面而 形成的。第一平表面部 229a 和第二平表面部 230a 彼此平行地形成。
第一平表面部 229a 与气体扩散层 19(20) 保持面接触。第二平表面部 230a 与隔 板 23(24) 保持面接触。第一平表面部 229a 在气体流路的方向上 ( 由图 24 中的箭头示出 的方向 ) 具有宽度 W1。宽度 W1 被设定为例如 0.2mm。第二平表面部 230a 在气体流路的方 向上具有宽度 W2。宽度 W2 被设定为例如 0.1mm。宽度 W1 被设定成大于宽度 W2。
下面将描述用于制造第一和第二气体流路形成部件 221、 222 的方法。
成形机构 232 由第一剪切模 233 和第二剪切模 234 构成。第一剪切模 233 通过未 示出的偏移机构沿与金属薄板 225A 的进给方向垂直的方向 ( 垂直于图 25 的纸面的方向 ) 往复运动。第二剪切模 234 通过未示出的升降机构沿上下方向往复运动以及通过所述偏移 机构沿与金属薄板 225A 的进给方向垂直的方向往复运动。
如图 26 所示， 第一剪切模 233 具有位于金属薄板 225A 的进给方向的下游侧的侧 壁 233a。 在侧壁 233a 的上部内交替地形成有用作第一凸部的凸部 233b 和用作第一凹部的 凹部 233c。凸部 233b 和凹部 233c 以预定的水平节距间隔开。在第二剪切模 234 的下部内形成有与第一剪切模 233 的凹部 233c 接合的、 用作第二凸部的凸部 234a 和与第一剪切模 233 的凸部 233b 接合的、 用作第二凹部的凹部 234b。凸部 234a 和凹部 234b 交替地形成在 第二剪切模 234 的下部内。凸部 234a 和凹部 234b 以预定的水平节距间隔开。第一剪切模 233 的各个凹部 233c 都具有位于金属薄板 225A 的进给方向的上游侧的侧表面。沿各个凹 部 233c 的侧表面的上端形成有在金属薄板 225A 中形成切口的剪切刃 233d。沿第二剪切 模 234 的各个凸部 234a 的下端和两个侧端形成有具有倒梯形形状的剪切刃 234c。剪切刃 234c 位于与剪切刃 233d 对应的位置。剪切刃 234c 与剪切刃 233d 协作以在金属薄板 225A 中形成切口。
参照图 26， 在第一剪切模 233 的各个凸部 233b 中形成有一对成形表面 233e、 一对 成形表面 233f、 和成形表面 233g。成形表面 233e 形成各个环形部 227 的两个第一侧板部 227a 的内表面 ( 第二侧板部 227e 的外表面 )。成形表面 233f 形成两个第一倾斜板部 227b 的内表面。成形表面 233g 形成平板部 227c 的内表面。类似地， 在第二剪切模 234 的各个 凹部 234b 中形成有一对成形表面 234d、 一对成形表面 234e、 和成形表面 234f。成形表面 234d 形成各个环形部 227 的第一侧板部 227a 的外表面 ( 第二侧板部 227e 的内表面 )。成 形表面 234e 形成环形部 227 的第一倾斜板部 227b 的外表面 ( 第二倾斜板部 227d 的内表 面 )。成形表面 234f 形成平板部 227c 的外表面。沿第二剪切模 234 的各个凸部 234a 的下 端形成有形成环形部 227 的平板部 227f 的内表面的成形表面 234g。
参照图 25， 进给辊 231 将金属薄板 225A 从第一剪切模 233 向第二剪切模 234 移 动预定的加工节距。在该状态下， 第一剪切模 233 的剪切刃 233d 和下降的第二剪切模 234 的剪切刃 234c 剪切金属薄板 225A 的一部分。这样， 在金属薄板 225A 中形成多个切口。然 后， 第二剪切模 234 下降到最低位置并利用第二剪切模 234 的凸部 234a 将金属薄板 225A 下压， 由此使金属薄板 225A 弯曲和拉伸。如图 27 所示， 金属薄板 225A 的弯曲拉伸部形成 为大致梯形。此后， 第二剪切模 234 从最低位置升高并回到初始位置。
然后， 进给辊 231 使金属薄板 225A 又向成形机构 232 移动预定节距。 同时， 第一剪 切模 233 和第二剪切模 234 向左或向右移动与环形部 227 的排列节距的一半对应的距离。 然后， 第二剪切模 234 再次下降以在金属薄板 225A 中在从先前加工的弯曲拉伸部沿向左或 向右的方向偏移一半节距的位置处形成切口， 并使金属薄板 225A 弯曲和拉伸。这样， 便形 成了具有通孔 226 的环形部 227， 并且制成了金属板网 225。
通过重复上述操作， 如图 28 和 29 所示， 多个通孔 226 在金属板网 225 中以网目状 的方式形成， 并且环形部 227 以交错的方式布置。 在该状态下， 第一剪切模 233 的凸部 233b 和凹部 233c 与第二剪切模 234 的相应的凸部 234a 和相应的凹部 234b 接合。这样， 在金属 板网 225 中存在没有被下降的第二剪切模 234 加工的未加工部分。所述未加工部分形成连 结板部 228( 第二平板部 227f)。通过连结板部 228， 环形部 227 以相互交迭的状态连接在 一起。结果， 便形成了图 30 所示的具有阶梯状截面的金属板网 225。
如图 31 所示， 各个环形部 227 形成为多边形 ( 多角形 )。在环形部 227 中， 构成半 环形部 R1 的第一侧板部 227a 和第一倾斜板部 227b 形成第一变形容许部 F1， 当第一平板 部 227c 被向下挤压时， 第一变形容许部 F1 允许第一平板部 227c 发生塑性变形。因此， 当 外力向下作用在平板部 227c 上时， 第一变形容许部 F1 如图 31 中的相应双点划线所示地发 生变形。 此外， 构成各个半环形部 R2 的第二侧板部 227e 形成第二变形容许部 F2， 当第二平板部 227f 被向上挤压时， 第二变形容许部 F2 允许第二平板部 227f 发生塑性变形。因此， 当外力向上作用在第二平板部 227f 上时， 第二变形容许部 F2 如图 31 中的相应双点划线所 示地发生变形。
第一变形容许部 F1 的变形量被设定成在有相同的外力作用于第一变形容许部 F1 和第二变形容许部 F2 上时超过第二变形容许部 F2 的变形量。当外力向下作用在第一变形 容许部 F1 的第一平板部 227c 上时， 力经第一倾斜板部 227b 传递到第一侧板部 227a。这 使得各个第一侧板部 227a 绕第一侧板部 227a 的近端向左或向右发生变形， 并使得各个第 一倾斜板部 227b 绕第一倾斜板部 227b 和相应的第一侧板部 227a 之间的连结部向下枢转。 换言之， 第一变形容许部 F1 构造成响应于外力容易发生变形。当外力向上作用在第二变形 容许部 F2 的第二平板部 227f 上时， 各个第二倾斜板部 227d 保持在当前状态而不绕第二倾 斜板部 227d 的近端枢转。各个第二侧板部 227e 仅绕第二侧板部 227e 的近端向左或向右 稍微变形。也就是说， 第二变形容许部 F2 以如此方式构造而成， 使得第二变形容许部 F2 比 第一变形容许部 F1 更不易于发生变形。
下面将描述用于在金属板网 225 的相应的第一和第二接触部 229、 230 中形成第一 和第二平表面部 229a、 230a 的方法。由于用于形成第一和第二平表面部 229a、 230a 的压机 的构型与图 10 所示的根据第一实施例的压机 40 的构型相同， 所以此处将省略对用于形成 第一和第二平表面部 229a、 230a 的压机的说明。
首先， 金属板网 225 从台架 42 被送到如图 32 中的箭头所示地旋转的压缩辊 46、 47 之间的位置。然后压缩辊 46、 47 从上方和下方压缩金属板网 225， 并将金属板网 225 向 如图 32 中看去的右侧移动。这样， 金属板网 225 的第一和第二接触部 229、 230 从上方和下 方被压缩预定量。通过使第一和第二接触部 229、 230 发生变形， 在第一接触部 229 中形成 第一平表面部 229a 并在第二接触部 230 中形成第二平表面部 230a。参照图 31， 各个半环 形部 R1 的第一变形容许部 F1 比各个半环形部 R2 的第二变形容许部 F2 更容易被压缩。结 果， 如图 24 所示， 各个第一接触部 229 的第一平表面部 229a 在气体流路的方向上的宽度 W1 变得大于各个第二接触部 230 的第二平表面部 230a 的宽度 W2。
当制成金属板网 225 时， 金属板网 225 按预定的尺寸被切断， 从而制成第一和第二 气体流路形成部件 221、 222。如图 33 所示， 制成的第一气体流路形成部件 221 结合在各个 发电单元 12 内， 其中第一平表面部 229a 与气体扩散层 19 的上表面保持面接触， 第二平表 面部 230a 与第一隔板 223 的背面保持面接触。
第二实施例具有下述优点。
(1) 参照图 31， 容易变形的第一变形容许部 F1 布置在各个环形部 227 的半环形部 R1 中， 而不容易变形的第二变形容许部 F2 形成在环形部 227 的半环形部 R2 中。第一和第 二平表面部 229a、 230a 形成在金属板网 225 的相应的第一和第二接触部 229、 230 中。第一 和第二平表面部 229a、 230a 是利用压缩辊 246、 247 压缩金属板网 225 的两个表面而形成 的。各个第一平表面部 229a 的宽度 W1 被设定成大于各个第二平表面部 230a 的宽度 W2。 因此， 尽管使用了压缩辊 246、 247， 第二平表面部 230a 的宽度 W2 也被设定为适当的值而与 第一平表面部 229a 的宽度 W1 无关。结果， 第二平表面部 230a 的宽度 W2 被设定为使得隔 板 23 的内表面不会受损的值。另外， 保持了隔板 23 的外表面和各个第二平表面部 230a 之 间的适当的通电表面积。因此， 如图 24 所示， 适当地保持了气体流路形成部件 221 的厚度T， 即气体流路形成部件 221 的气体流路的有效表面积。这减小了供给到气体流路的气体的 压力损失并保持了适当的发电效率。如果第二接触部 230 的第二平表面部 230a 的宽度 W2 被设定成等于第一平表面部 229a 的宽度 W1， 则如图 24 中的相应的虚线所示， 气体流路形成 部件 221 的厚度 T 减小且由此气体流路的有效表面积减小。
第二实施例可变型为下述形式。
如图 34 所示， 各个环形部 227 的第一倾斜板部 227b 和第二倾斜板部 227d 可形成 为弧形。具体地， 环形部 227 整体上可具有平滑的形状。
图 26 所示的第一剪切模 233 可被分成具有剪切刃 233d 的体部和具有凸部 233b 及凹部 233c 的剪切板。在这种情况下， 第一剪切模 233 的剪切板处在与第二剪切模 234 对 应的位置。此外， 在这种情况下， 第一剪切模 233 的体部固定在预定位置且剪切板形成为沿 水平方向往复运动。
在第二实施例中， 为了形成半环形部 R1、 R2， 第一剪切模 233 和第二剪切模 234 移 动到向左或向右偏移与第二剪切模 234 的凸部 234a 和凹部 234b 的节距的一半对应的距离 的位置。但是， 该偏移量可按照需要改变。此外， 环形部 227 的布置不限于交错布置。
( 第三实施例 )
现在将参照图 35 至 48 描述本发明的第三实施例。此处将省略对第三实施例的与 第一或第二实施例的相应组成部分类似或相同的组成部分的详细说明。
如图 35 和 36 所示， 各个环形部 327 的上半环形部 R1 由一对第一倾斜板部 327a 和一第一平板部 327b 构成。两个第一倾斜板部 327a 彼此面对。第一平板部 327b 以使倾 斜板部 327a 的上端相互连接的方式与倾斜板部 327a 一体连结。各个环形部 327 的下半环 形部 R2 由一对第二倾斜板部 327c 和一第二平板部 327d 构成。两个第二倾斜板部 327c 彼 此面对。第二平板部 327d 以使倾斜板部 327c 的上端相互连接的方式与倾斜板部 327c 一 体连结。
参照图 35， 连结板部 328 与各个环形部 327 的第二平板部 327d 相同。在环形部 327 的第一平板部 327b 中形成有面向环形部 327 的第二平板部 327d 的第一接触部 329。 当 结合在发电单元 12 中时， 第一接触部 329 与气体扩散层 19 的表面接触。具体地， 在各个第 一接触部 329 中形成有弯曲平表面部 329a。参照图 37， 弯曲平表面部 329a 与气体扩散层 19(20) 保持面接触。在环形部 327 的第二平板部 327d 中形成有面向各个环形部 327 的第 一平板部 327b 的第二接触部 330。如图 38 所示， 当结合在发电单元 12 中时， 第二接触部 330 与第一或第二隔板 23、 24 的内表面产生线接触。
在各个第一平板部 327b 中在相应的弯曲平表面部 329a 和连结板部 328( 下方的 平板部 327d) 之间的位置形成有与连结板部 328 大致齐平的非弯曲平表面部 327f。 第一平 板部 327b 由非弯曲平表面部 327f 和弯曲平表面部 329a 形成。参照图 37， 弯曲平表面部 329a 相对于连结板部 328( 非弯曲平表面部 327f) 的弯曲角度 α 被设定在 60°至 70°的 范围内。在第三实施例中， 弯曲角度 α 被设定为 65°。
现在将描述用于使第一和第二气体流路形成部件 321、 322 成形的金属板网成形 装置。
如图 40 所示， 成形机构 332 包括第一剪切模 333 和第二剪切模 334。第一剪切模 333 固定在未示出的支承台上。 未示出的升降机构使第二剪切模 334 沿上下方向往复运动。未示出的偏移机构使第二剪切模 334 沿金属薄板 325A 的宽度方向、 亦即各个进给辊 331 的 旋转轴线的方向 ( 与图 39 的纸面垂直的方向 ) 往复运动。第一剪切模 333 的顶表面 333a 用作支承金属薄板 325A 的表面。沿第一剪切模 333 的顶表面 333a 的位于金属薄板 325A 的进给方向 H 的下游侧的端部形成有直线形的第一剪切刃 333b。在第一剪切刃 333b 的下 方形成有平的位置限制表面 333c。
多个凸部 334a 形成在第二剪切模 334 的下部中并以预定的水平节距 D 隔开。在 第二剪切模 334 的各个凸部 334a 的下端形成有水平成形表面 334c。在各个凸部 334a 的相 对的左表面和右表面上形成有倾斜成形表面 334d。在各对相邻的凸部 334a 的相应的倾斜 成形表面 334d 之间形成有水平成形表面 334e。倾斜成形表面 334d 和水平成形表面 334e 限定多个凹部 334b。凹部 334b 与凸部 334a 交替形成。沿各个成形表面 334c 和相关联的 倾斜成形表面 334d 的位于金属薄板 325A 的进给方向 H 的上游侧的端部形成有呈倒梯形形 状的第二剪切刃 334f。第二剪切刃 334f 与第一剪切刃 333b 协作以在金属薄板 325A 中形 成切口。
下面将参照图 41 至 48 描述利用如上所述地构造的成形装置使气体流路形成部件 321、 322 成形的方法。 根据第三实施例的方法， 在金属薄板 325A 中限定沿金属薄板 325A 的进给方向 H 交替布置的多个第一被加工部分 P1 和多个第二被加工部分 P2。在金属薄板 325A 中顺次 加工第一被加工部分 P1 和第二被加工部分 P2。在第一步骤中， 如图 41(a) 所示， 进给辊 331( 见图 39) 将金属薄板 325A 的第一被加工部分 P1 移动到相对于第一剪切模 333 和第二 剪切模 334 的中间加工位置。换言之， 将金属薄板 325A 的端部从第一剪切刃 333b 沿进给 方向 H 向前移送预定的第一进给量 L1( 例如， 0.2mm)。在该状态下， 第二剪切模 334 朝第一 剪切模 333 下降并且第一剪切刃 333b 和第二剪切刃 334f 剪切各个第一被加工部分 P1 的 一部分， 从而在金属薄板 325A 中形成多个切口。然后， 参照图 42(a) 和 42(b)， 第二剪切模 334 下降到最低位置。这使得金属薄板 325A 的与第二剪切模 334 的凸部 334a 接触的部分 向下弯曲和拉伸。这样， 如图 42(b) 所示， 金属薄板 325A 的弯曲和拉伸部大致成形为倒梯 形。由于弯曲和拉伸部之间的各个部分进入相应的一个凹部 334b 中， 弯曲和拉伸部之间的 部分大致成形为梯形。
在第一步骤中， 参照图 42(b)， 形成环形部 327 的下半环形部 R2 的第二平板部 327d( 连结板部 328) 被凸部 334a 的水平成形表面 334c 向下挤压并水平地成形。环形部 327 的与凹部 334b 对应地成形的上半环形部 R1 不被具有水平成形表面的成形部如凸部 如图 42(a) 所示， 经由凹部 334b 成形的半环形部 R1 的第一平板部 334a 向上挤压。因此， 327b 绕第一剪切刃 333b 向下倾斜和悬垂。这以如此方式形成弯曲平表面部 329a， 使得弯 曲平表面部 329a 各自相对于金属薄板 325A 的水平部分具有弯曲角度 α。 各个弯曲平表面 部 329a 用作第一接触部 329。之后， 参照图 43(a) 和 43(b)， 第二剪切模 334 从最低位置回 到上方的原位置。
随后， 在第二步骤中， 参照图 43(a)， 进给辊 331( 见图 39) 使金属薄板 325A 沿进给 方向 H 移动预定的第二进给量 L2( 例如， 0.1mm)。这样， 金属薄板 325A 的第一被加工部分 P1 被移送到相对于第一剪切模 333 和第二剪切模 334 的最终加工位置。在该状态下， 如图 44(a) 和 44(b) 所示， 第二剪切模 334 从第一步骤中的位置不在金属薄板 325A 的宽度方向
上偏移地再次下降。这在金属薄板 325A 的相应端部内形成环形部 327 的上半环形部 R1 和 下半环形部 R2。在该阶段， 上半环形部 R1 的第一平板部 327b 与第一接触部 329 一样是自 由的。第二进给量 L2 被设定成小于前述第一进给量 L1。各个第一平板部 327b 整体上布 置在第一剪切刃 333b 附近。因此， 第一平板部 327b 容易沿第二剪切模 334 的凹部 334b 的 水平成形表面 334e 布置。结果， 参照图 44(a)， 位于弯曲平表面部 329a 后侧的第一平板部 327b 保持大致水平而基本不向下悬垂。由此第一平板部 327b 形成非弯曲平表面部 327f。 通过第二步骤， 制成了包括非弯曲平表面部 327f 的半环形部 R1、 R2。
根据本发明， 传统上通过单个成形循环形成的半环形部 R1、 R2 如已所述地那样通 过两个分开的循环形成。具体地， 非弯曲平表面部 327f 在形成了弯曲平表面部 329a 的第 一个循环之后形成。因此， 与通过单个循环形成半环形部 R1、 R2 的传统方法相比， 各个弯曲 平表面部 329a 的宽度减小到适当的宽度。
接下来， 在第三步骤中， 如图 45(a) 所示， 在第二剪切模 334 上升到原位置之后， 将 与第一加工目标位置 P1 邻接的第二加工目标位置 P2 移送到相对于第一剪切模 333 和第二 剪切模 334 的中间成形位置。换言之， 将金属薄板 325A 沿进给方向 H 再次移动第一进给量 L1。然后， 参照图 45(b)， 使第二剪切模 334 在金属薄板 325A 的宽度方向上偏移环形部 327 的排列节距 D 的一半 ( 半节距 )。之后， 如图 46(a) 和 46(b) 所示， 第二剪切模 334 下降并 使第二被加工部分 P2 成形。这样， 半环形部 R1 在半环形部 R2 的上方成形， 半环形部 R2 在 半环形部 R1 的下方成形。结果， 制成了多个环形部 327。
然后， 在第四步骤中， 参照图 47(a) 和 47(b)， 在第二剪切模 334 偏移的状态下， 将 金属薄板 325A 进一步移送第二进给量 L2。 于是第二被加工部分 P2 被移送到相对于第一剪 切模 333 和第二剪切模 334 的最终加工位置。参照图 48(a) 和 48(b)， 第二剪切模 334 下降 并制成包括非弯曲平表面部 327f 的半环形部 R1、 R2。
之后， 交替地重复第一和第二步骤以及第三和第四步骤。 这样， 交替地加工被加工 部分 P1、 P2， 并制成图 35 至 37 所示的金属板网 325。具体地， 以使得环形部 327 以迂回曲 折方式延伸的方式形成具有以网目状的方式布置的多个通孔 26 的金属板网 325。
在金属板网 325 中存在没有被第二剪切模 334 剪切的未加工部分。未加工部分形 成连结板部 328( 第二平板部 327d)， 使得环形部 327 以相互交迭的状态连接在一起。 结果， 如图 35 和 37 所示， 便形成了具有阶梯状截面的金属板网 325。
第三实施例具有下述优点。
(1) 传统上， 利用只具有第一剪切刃 333b 的第一剪切模 333 及具有凸部 334a 和凹 部 334b 的第二剪切模 334 通过单个步骤使环形部 327 的半环形部 R1、 R2 成形。根据本发 明， 半环形部 R1、 R2 的成形在两个步骤中进行。因此， 与图 37 所示的、 在单个步骤中完成这 种成形的传统方法相比， 各个弯曲平表面部 329a 的宽度 W1 减小且气体流路形成部件 321 的厚度 T1 被设定为较大值。这确保了气体流路形成部件 321 中气体流路的有效面积， 从而 允许适当地供给气体。结果， 提高了发电效率。
(2) 图 39 和 40 所示的传统装置被用作金属板网成形装置。这简化了成形装置的 构型， 并且能在环形部 327 的第一接触部 329 中使弯曲平表面部 329a 容易地成形。
第三实施例可变型为以下形式。
可在第一剪切模 333 的位于金属薄板 325A 的进给方向 H 的下游侧的侧表面内形成面向第二剪切模 334 的凸部 334a 的水平成形表面 334c 的成形表面。在这种情况下， 当 第二剪切模 334 下降时， 第一剪切模 333 的成形表面与凸部 334a 的水平成形表面 334c 夹 持住金属薄板 325A。这可防止环形部 327 的第二平板部 327d 的弯曲。
图 43 和 44 所示的第二步骤以及图 47 和 48 所示的第四步骤都可被分为分开的多 个半步骤 ( 分步骤， semi-step)。
在第三实施例中， 第二剪切模 334 在金属薄板 325A 的宽度方向上偏移第二剪切模 334 的凸部 334a 和凹部 334b 的节距 D 的一半 ( 半节距 )。 但是， 该偏移量可根据需要改变。 此外， 环形部 327 不必一定要以迂回曲折的方式布置。
各个环形部 327 的形状可以例如为五角形。