CN105283988B - 燃料电池的密封构造 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池密封构造，在层叠装配隔板(1、2)的过程中，能够抑制或避免因衬垫(3)的密封突条(32)的压缩应力而基部(31)隆起并被咬入隔板(1、2)之间。为实现该目的，衬垫(3)具有以非粘接的方式嵌合于隔板(1)的密封安装槽(11)的基部(31)、和与隔板(2)的密封槽(21)密接的密封突条(32)，在密封槽(32)的宽度方向两侧形成有与衬垫(3)的基部(31)抵接的按压突起(22)及从该按压突起(22)观察位于密封槽(21)的相反侧的避让槽(23)，密封槽(21)和其两侧的按压突起(22)的宽度之和(Wa)比密封安装槽(11)的宽度(W11)小，密封槽(21)和其两侧的按压突起(22)及避让槽(23)的宽度之和(Wb)比密封安装槽(11)的宽度(W11)大。

Description

燃料电池的密封构造
技术领域
本发明涉及燃料电池的密封构造。
背景技术
燃料电池通过在电解质膜的两面设有一对电极层的膜电极复合体(MEA：MembraneElectrode Assembly)的厚度方向两侧层叠隔板而制成燃料电池单元，进而形成将该燃料电池单元层叠多层的堆叠构造。而且，将氧化气体(空气)向膜电极复合体的阴极侧供给，将燃料气体(氢气)向膜电极复合体的阳极侧供给，通过水的电气分解的逆反应即电化学反应，即由氢和氧生成水的反应而产生电力。
这种燃料电池在各燃料电池单元中使用用于将燃料气体或氧化气体、因上述电化学反应而生成的水、及剩余空气等密封的衬垫。即，例如如图7所示，在相互层叠的隔板101、102中的一个隔板101上所形成的密封安装槽101a中保持由橡胶状弹性材料(橡胶材料或具有橡胶状弹性的合成树脂材料)构成的衬垫103，并使隆起形成于该衬垫103的密封突条103a与形成于另一个隔板102的密封槽102a密接。
在此，在隔板101的密封安装槽101a和隔板102的密封槽102a的宽度彼此相同的情况下，在将隔板101、102层叠装配的过程中，因衬垫103的密封突条103a向其厚度方向压缩变形带来的应力，其根部的基部103b隆起，该基部103b的端部可能会被咬入隔板101、102的槽肩部之间。
而且，为防止这样的咬入，如图7所示的例子可知，将与衬垫103对置的隔板102的密封槽102a的宽度Wb设定为比隔板101的密封安装槽101a的宽度Wa大。根据这种结构，在将隔板101、102层叠装配的过程中，即使基部103b因衬垫103的密封突条103a的压缩应力而隆起，也能够抑制或避免该基部103b的端部被咬入隔板101、102的槽肩部之间(参照下述专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009－277957号公报
发明内容
(发明要解决的问题)
但是，如图7所示的例子，在隔板101的密封安装槽101a浅的情况、或因密封安装槽101a的表面性状等而衬垫103的基部103b相对于该密封安装槽101a的锚固作用弱的情况下，如图8所示，在将隔板101、102层叠装配的过程中，基部103b会因衬垫103的密封突条103a的压缩应力而大幅隆起，如图9所示，衬垫103会因内压P而在槽内向宽度方向位移，从而密封功能可能会降低。
另外，为防止密封突条103a的压缩应力导致的基部103b的隆起，与图7所示的例子相反，也考虑使与衬垫103对置的隔板102的密封槽102a的宽度比隔板101的密封安装槽101a的宽度小，但该情况下，如图10所示，在将隔板101、102层叠装配的过程中，如果基部103b因衬垫103的密封突条103a的压缩应力而隆起，结果基部103b的端部103c可能会被咬入隔板101、102的槽肩部之间。
本发明是鉴于以上的方面而创立的，其技术课题在于提供一种燃料电池密封构造，能够抑制或避免在将隔板层叠装配的过程中，基部因衬垫的密封突条的压缩应力而隆起，从而其端部被咬入隔板之间。
(解决技术问题的技术方案)
作为用于有效解决上述的技术课题的手段，本发明技术方案所涉及的燃料电池的密封构造，在相互层叠且于厚度方向上对置的隔板中的一个隔板上所形成的密封安装槽内，安装由橡胶状弹性材料构成的衬垫，该衬垫具有以非粘接的方式嵌合于所述密封安装槽的基部、和在该基部隆起形成并与形成于另一个隔板的密封槽密接的密封突条，所述燃料电池的密封构造的特征在于，在所述密封槽的宽度方向两侧形成有与所述衬垫的基部抵接的按压突起、及从该按压突起观察位于所述密封槽的相反侧的避让槽，所述密封槽和其两侧的按压突起的宽度之和比所述密封安装槽的宽度小，所述密封槽和其两侧的按压突起及避让槽的宽度之和比所述密封安装槽的宽度大。此外，橡胶状弹性材料是指橡胶材料或具有橡胶状弹性的合成树脂材料。
本发明技术方案所涉及的燃料电池的密封构造，在上述的本发明技术方案所记载的构成中，其特征在于，按压突起相对于衬垫的基部具有过盈量。
本发明技术方案所涉及的燃料电池的密封构造，在上述的本发明技术方案所记载的构成中，其特征在于，避让槽的槽深度比衬垫的基部的厚度小。
(发明的效果)
根据本发明的燃料电池的密封构造，在将隔板层叠装配的过程中，衬垫的密封突条与密封槽压接，随着进行压缩，衬垫的基部会因其应力而隆起，但该基部被密封槽的宽度方向两侧的按压突起压住，而且，即使所述基部的端部从密封安装槽溢出，由于该密封安装槽的槽肩部与避让槽对置，所以也能够有效抑制或避免所述基部的端部被咬入隔板间。
另外，如果按压突起相对于衬垫的基部具有过盈量，则可以进一步提高相对于衬垫的基部的压入作用。
另外，如果使避让槽的槽深度比衬垫的基部的厚度小，则衬垫的基部不易进入避让槽，因此，能够防止内压等导致的衬垫向宽度方向的位移。
附图说明
图1是表示本发明的燃料电池的密封构造的优选的第一实施方式的未层叠状态的局部剖面图。
图2是表示本发明的燃料电池的密封构造的优选的第一实施方式的层叠状态的局部剖面图。
图3是表示本发明的燃料电池的密封构造的优选的第二实施方式的未层叠状态的局部剖面图。
图4是表示本发明的燃料电池的密封构造的优选的第二实施方式的层叠状态的局部剖面图。
图5是表示本发明的燃料电池的密封构造的优选的第三实施方式的未层叠状态的局部剖面图。
图6是表示本发明的燃料电池的密封构造的优选的第三实施方式的层叠状态的局部剖面图。
图7是表示现有技术的燃料电池的密封构造的一例的未层叠状态的局部剖面图。
图8是表示在现有技术的燃料电池的密封构造的一例中，衬垫因层叠而变形的状态的局部剖面图。
图9是表示在现有技术的燃料电池的密封构造的一例中，衬垫因层叠而变形且因内压而位移的状态的局部剖面图。
图10是表示在现有技术的燃料电池的密封构造的其它例中，衬垫因层叠而变形的状态的局部剖面图。
符号说明
1 一个隔板
11 密封安装槽
2 另一个隔板
21 密封槽
22 按压突起
23 避让槽
3 衬垫
31 基部
32 密封突条。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的燃料电池的密封构造的优选的实施方式。首先，图1及图2表示第一实施方式。
在图1所示的未层叠状态下，参考符号1为构成燃料电池单元的一个隔板，参考符号2为另一个隔板。在一个隔板1的与另一个隔板2的对置面上形成有密封安装槽11，在该密封安装槽11安装有衬垫3。
衬垫3由橡胶状弹性材料成形，以填埋隔板1的密封安装槽11的方式非粘接地嵌合于该密封安装槽11，具有上面与密封安装槽11的槽肩部大致齐平的扁平的基部31、和在该基部31的宽度方向中间部隆起形成的密封突条32。
在另一个隔板2的与一个隔板1的对置面形成有：密封槽21，其与上述隔板1的密封安装槽11的宽度方向中间部对置，衬垫3的密封突条32以适宜压缩状态与其底面密接；按压突起22、22，其位于该密封槽21的宽度方向两侧，与上述衬垫3的基部31抵接；及避让槽23、23，从该按压突起22、22观察，其位于上述密封槽21的相反侧。
隔板2的密封槽21的宽度W21，换言之按压突起22、22间的宽度被设定于层叠的压缩状态下的衬垫3的密封突条32相对于密封槽21的充填率不超过100％的范围。而且，该密封槽21和其两侧的按压突起22、22的宽度之和W21+W22×2(＝Wa)比隔板1的密封安装槽11的宽度W11小，上述密封槽21和其两侧的按压突起22、22及避让槽23、23的宽度之和W21+W22×2+W23×2(＝Wb)比上述密封安装槽11的宽度W11大。另外，密封槽21的深度和避让槽23的深度和按压突起22的高度相同。
因此，在层叠装配隔板1、2的过程中，首先，衬垫3的密封突条32与密封槽21的底面压接，随着进行压缩，因其应力而衬垫3的基部31要从密封安装槽11隆起、浮起，但如图2所示，该基部31被密封槽21的两侧的按压突起22、22压下。另外，由于Wa＜W11＜Wb，从而上述基部31的两端与避让槽23对置。因此，能够有效抑制或避免衬垫3的基部31的端部被咬入隔板1、2之间。
其次，图3及图4表示第二实施方式。在该实施方式中，与上述的第一实施方式不同之处在于，按压突起22的高度比隔板2的与隔板1的层叠面2a高Δh，因此，在图4所示的层叠状态下，按压突起22以过盈量Q与衬垫3的基部31抵接。其它结构与第一实施方式相同。
根据这种结构，由于按压突起22相对于衬垫3的基部31的压下力提高，所以可以有效防止内压等导致的衬垫3向宽度方向的位移。
此外，按压突起22的过盈量Q越大，因层叠而作用于隔板1、2的负荷越大，因此，考虑该情况而适宜设定Δh。
其次，图5及图6表示第三实施方式。该实施方式中，与之前说明的第一实施方式不同之处在于，使隔板2的避让槽23的槽深度d比衬垫3的基部31的厚度t(衬垫3的基部31的厚度t基本上等于密封安装槽11的深度)小。其它结构与第一实施方式相同。
根据这种结构，即使衬垫3承受内压，衬垫3的基部31也不易进入避让槽23，因此，可以防止衬垫3向宽度方向的位移。
此外，该第三实施方式中，也可以与第二实施方式相同，形成对按压突起22设定相对于衬垫3的基部31的过盈量的结构。

Claims (3)

1.一种燃料电池的密封构造，在相互层叠且于厚度方向上对置的隔板中的一个隔板上所形成的密封安装槽内，安装由橡胶状弹性材料构成的衬垫，该衬垫具有以非粘接的方式嵌合于所述密封安装槽的基部、和在该基部隆起形成并与形成于另一个隔板的密封槽密接的密封突条，所述燃料电池的密封构造的特征在于，在所述密封槽的宽度方向两侧，形成有与所述衬垫的基部抵接的按压突起、及从该按压突起观察位于所述密封槽的相反侧的避让槽，所述密封槽和其两侧的按压突起的宽度之和比所述密封安装槽的宽度小，所述密封槽和其两侧的按压突起及避让槽的宽度之和比所述密封安装槽的宽度大。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的密封构造，其特征在于，按压突起的高度比另一个隔板的与一个隔板的层叠面高。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池的密封构造，其特征在于，避让槽的槽深度比衬垫的基部的厚度小。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6383203B2 (ja) * 2014-07-25 2018-08-29 Nok株式会社 プレート一体ガスケットの製造方法
JP6624362B2 (ja) * 2015-03-31 2019-12-25 日本ガスケット株式会社 燃料電池スタックのシール構造
BR112018000213B1 (pt) * 2015-07-13 2022-05-03 Nissan Motor Co., Ltd Estrutura de vedação para célula de combustível
JP6841138B2 (ja) 2017-04-13 2021-03-10 トヨタ自動車株式会社 ガスケットおよびそれを用いた燃料電池スタック
JP6763106B2 (ja) * 2018-08-31 2020-09-30 Nok株式会社 ガスケット
WO2020128322A1 (fr) * 2018-12-19 2020-06-25 Compagnie Generale Des Etablissements Michelin Plaque bipolaire pour pile a combustible
FR3091043A3 (fr) * 2018-12-19 2020-06-26 Michelin & Cie Plaque bipolaire pour pile a combustible
US11888103B2 (en) * 2019-04-09 2024-01-30 Nok Corporation Separator-integrated gasket
CN113728478B (zh) * 2019-09-09 2024-05-28 Nok株式会社 燃料电池单元用隔板的密封结构
CN110828851A (zh) * 2019-11-19 2020-02-21 深圳市雄韬电源科技股份有限公司 一种三重密封水道双极板及其制备方法
CN116470087B (zh) * 2023-04-21 2024-04-05 上海氢晨新能源科技有限公司 燃料电池双极板及燃料电池

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7063911B1 (en) * 1999-07-13 2006-06-20 Nok Corporation Gasket for fuel cell and method of forming it
JP3609016B2 (ja) * 2000-10-18 2005-01-12 本田技研工業株式会社 燃料電池のシールの装着方法および燃料電池
JP2003331873A (ja) * 2003-06-20 2003-11-21 Honda Motor Co Ltd 燃料電池のシールおよびその装着方法ならびに燃料電池
JP4268850B2 (ja) * 2003-09-29 2009-05-27 内山工業株式会社 燃料電池用シール構造
JP5113350B2 (ja) * 2006-06-01 2013-01-09 日本電信電話株式会社 Ｓｏｆｃ用ガスシール方法及び構造
JP2009026633A (ja) * 2007-07-20 2009-02-05 Toyota Motor Corp セパレータ、加湿器用セパレータ、加湿器用セパレータの製造方法、加湿器、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池
JP5237690B2 (ja) 2008-05-16 2013-07-17 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体デバイスの製造方法
US8962212B2 (en) 2009-03-04 2015-02-24 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Unit cell module and gasket for polymer electrolyte fuel cell
JP2011222245A (ja) * 2010-04-08 2011-11-04 Nok Corp 燃料電池用ガスケット
CN102939677B (zh) * 2010-06-15 2015-11-25 丰田自动车株式会社 燃料电池和燃料电池的制造方法

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Publication number Publication date
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