CN113614423A - 隔板一体式密封垫 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在堆叠组装时电解质膜不易变形的隔板一体式密封垫。燃料电池用的隔板一体式密封垫(1)具有：唇状密封垫(81)；第一隔板部件(21)，其由能够冲压加工的金属板构成，具有第一立体形状部(23)，在与第一立体形状部(23)的突出方向相反侧的面具有保持唇状密封垫(81)的密封垫安装槽(24)；第二隔板部件(31)，其由能够冲压加工的金属板构成，具有第二立体形状部(33)，在与第二立体形状部(33)的突出方向相反侧的面具有收纳第一立体形状部(23)的立体形状嵌合槽(34)；以及扁平状密封垫(91)，其保持于第二立体形状部(33)的外表面侧，第一立体形状部(23)与第二立体形状部(33)在平面上的位置对齐而向相同的方向突出，第一隔板部件(21)和第二隔板部件(31)在厚度方向上重叠而接合。

Description

隔板一体式密封垫
技术领域
本发明涉及隔板一体式密封垫。
背景技术
燃料电池用的隔板一体式密封垫是对作为燃料电池单电池的构成元件的隔板一体式地组装用于密封反应物质(O2、H2)、冷却水等的密封垫而成的。
作为隔板，为了降低密封垫成型部、流路部的槽加工成本，有时会使用可冲压加工的金属双极隔板(例如，日本专利文献特表2017-532731)。
另一方面，作为密封垫，为了允许在堆叠组装时相互层叠的隔板彼此在平面上的位置偏移，有时会使用由唇状密封垫及扁平状密封垫构成的双面密封垫。
发明内容
发明所要解决的课题
在将可冲压加工的金属双极隔板与由唇状密封垫及扁平状密封垫构成的双面密封垫组合使用的情况下，需要留意以下方面。
唇状密封垫是在密封垫基部的平面上一体地设置有密封唇的密封垫。扁平状密封垫是不具有密封唇的平坦状的密封垫。因此，唇状密封垫的高度(厚度)比扁平状密封垫的高度(厚度)大。
由于唇状密封垫与扁平状密封垫的高度(厚度)的不同，在堆叠组装时夹入两密封垫间的电解质膜被唇状密封垫向厚度方向一方抬起而变形。该变形有时会对电解质膜的耐久性造成影响。
本发明的目的在于提供一种在堆叠组装时电解质膜不易变形的隔板一体式密封垫。
用于解决课题的手段
本发明的燃料电池用的隔板一体式密封垫，具有：
唇状密封垫；
第一隔板部件，其由能够冲压加工的金属板构成，具有第一立体形状部，在与所述第一立体形状部的突出方向相反的一侧的面具有保持所述唇状密封垫的密封垫安装槽；
第二隔板部件，其由能够冲压加工的金属板构成，具有第二立体形状部，在与所述第二立体形状部的突出方向相反的一侧的面具有收纳所述第一立体形状部的立体形状嵌合槽；以及
扁平状密封垫，其保持于所述第二立体形状部的外表面侧；
所述第一立体形状部与所述第二立体形状部在平面上的位置对齐，并向相同的方向突出，
所述第一隔板部件和所述第二隔板部件在厚度方向上重叠并接合。
发明效果
根据本发明的隔板一体式密封垫，能够抑制堆叠组装时的电解质膜的变形。
附图说明
图1是实施方式中的隔板一体式密封垫的俯视图。
图2是沿图1中C-C线的放大截面图。
图3是表示隔板一体式密封垫的堆叠组装状态的主要部分放大截面图。
图4A是图1中的D-D线放大截面图，图4B是图4A中的E-E线截面图。
图5是表示隔板一体式密封垫的堆叠组装状态的主要部分放大截面图。
图6A是图1中的F-F线放大截面图，图6B是图6A中的G-G线截面图。
图7是表示隔板一体式密封垫的堆叠组装状态的主要部分放大截面图。
图8A是图1中的H-H线放大截面图，图8B是图8A中的I-I线截面图。
图9是表示隔板一体式密封垫的堆叠组装状态的主要部分放大截面图。
图10是表示隔板一体式密封垫的流路构造的其他例子的主要部分放大截面图。
图11是表示隔板一体式密封垫的堆叠组装状态的主要部分放大截面图。
图12是其他实施方式的隔板一体式密封垫的主要部分截面图。
图13是表示比较例的隔板一体式密封垫的堆叠组装状态的主要部分放大截面图。
具体实施方式
如图1所示，实施方式中的隔板一体式密封垫1具有隔板11和密封垫71。隔板11为平面长方形状。密封垫71一体地组装于隔板11。
隔板11具有反应物质(O2、H2)的反应面12和歧管孔13。反应面12位于隔板11的平面中央。歧管孔13具有氧气(O2)的供给用歧管孔13A、氧气(O2)的排出用歧管孔13B、氢气(H2)的供给用歧管孔13C、氢气(H2)的排出用歧管孔13D、冷却水的供给用歧管孔13E以及冷却水的排出用歧管孔13F。供给用歧管孔13A、13C、13E和排出用歧管孔13B、13D、13F隔着反应面12而配置于两侧。
密封垫71具有外周密封部72和歧管密封部73。外周密封部72遍及整周地设置于隔板11的外周。歧管密封部73在各歧管孔13的周围分别遍及整周地设置。歧管密封部73具有氧气(O2)的供给用歧管密封部73A、氧气(O2)的排出用歧管密封部73B、氢气(H2)的供给用歧管密封部73C、氢气(H2)的排出用歧管密封部73D、冷却水的供给用歧管密封部73E以及冷却水的排出用歧管密封部73F。
如图2所示，隔板11具有第一隔板部件21和第二隔板部件31。第一隔板部件21是能够冲压加工的金属板。第二隔板部件31是能够冲压加工的金属板。第一隔板部件21和第二隔板部件31相互在厚度方向上重叠并接合，成为能够进行冲压加工的金属双极隔板。第一隔板部件21与第二隔板部件31在接合部35接合。
以下，对外周密封部72和歧管密封部73的结构进行说明。另外，外周密封部72和歧管密封部73具有相同的截面形状，因此，以下对外周密封部72进行说明。
如图2所示，上侧的第一隔板部件21具有第一立体形状部23。第一立体形状部23向下侧的第二隔板部件31突出。第一立体形状部23通过冲压加工而形成。第一立体形状部23具有左右一对锥面状的侧面部23a(第一侧面部)和平面状的底面部23b(第一底面部)。第一立体形状部23具有梯形的截面。第一立体形状部23的与突出方向相反方向的背面侧(在图2中为上表面侧)成为密封垫安装槽24。密封垫安装槽24保持唇状密封垫81。关于唇状密封垫81将在后面叙述。
第二隔板部件31具有第二立体形状部33。立体形状部33与第一立体形状部23在平面上的位置对齐，向与第一立体形状部23相同的方向突出。第二立体形状部33通过冲压加工而形成。第二立体形状部33具有左右一对锥面状的侧面部33a(第二侧面部)和平面状的底面部33b(第二底面部)。第二立体形状部33具有梯形的截面。第二立体形状部33的与突出方向相反方向的背面侧(在图2中为上表面侧)成为立体形状嵌合槽34。在立体形状嵌合槽34中嵌入并收纳有第一立体形状部23。
密封垫71是由唇状密封垫81和扁平状密封垫91的组合构成的双面密封垫。
在第一隔板部件21的密封垫安装槽24保持有唇状密封垫81。
唇状密封垫81一体地设置有密封垫基部82、密封唇83以及一对突起状的承接部84。密封垫基部82为平坦状，被保持在安装槽24内。密封唇83具有山形形状的截面，设置在密封垫基部82的平面上且宽度方向中央。一对承接部84设置在密封垫基部82的平面上，并隔开间隔地设置在密封唇83的宽度方向两侧。密封唇83的前端具有圆弧形状的截面，以便容易产生峰面压。与此相对，承接部84的前端以容易发挥承接作用的方式形成为平面状。承接部84的高度比密封唇83的高度小。一对承接部84具有同等的高度。一对承接部84的间隔比第二立体形状部33的宽度小。具体而言，一对承接部84的前端部的间隔w1比第二立体形状部33的底面部33b的宽度w2小。唇状密封垫81通过注射成型法成型。唇状密封垫81由硅酮类、EPDM(乙烯-丙烯-二烯橡胶)、氟类、PIB(聚异丁烯)等橡胶材料成型。
在第二立体形状部33的底面部33b的外表面侧保持有扁平状密封垫91。
扁平状密封垫91为平坦状且形成为薄膜状。扁平状密封垫91的宽度w3比密封唇83的宽度w4大，比一对承接部84的前端部的间隔w1以及第二立体形状部33的底面部33b的宽度w2小。扁平状密封垫91通过利用丝网印刷涂布橡胶溶液或液状橡胶的方法而成型。扁平状密封垫91也可以通过喷墨法或印模法等成型。扁平状密封垫91由硅酮类、EPDM、氟类、PIB等橡胶材料成型。
第一立体形状部23、第二立体形状部33均通过冲压加工而形成。因此，为了应对冲压加工时的尺寸误差、隔板部件接合时的平面上的位置偏移，设置有以下的结构。
第一立体形状部23的宽度比第二立体形状部33的宽度小。第一立体形状部23的底面部23b的宽度比第二立体形状部33的底面部33b的宽度小。在相互对置的第一立体形状部23的侧面部23a与第二立体形状部33的侧面部33a之间设置有宽度方向的间隙c。因此，若尺寸误差、位置偏移在间隙c的范围内，则能够吸收尺寸误差、位置偏移，因此能够将第一立体形状部23嵌入第二立体形状部33。在第一立体形状部23嵌入立体形状嵌合槽34，第一隔板部件21与第二隔板部件31接合的状态下，第一立体形状部23的底面部23b与第二立体形状部33的底面部33b成为相互接触的状态，但第一立体形状部23的侧面部23a与第二立体形状部33的侧面部33a成为相互不接触而分离的状态。
氧气的供给用歧管密封部73A在燃料电池运转时将氧气从供给用歧管孔13A向反应面12供给。氧气的排出用歧管密封部73B在燃料电池运转时将氧气从反应面12向排出用歧管孔13B排出。
如图4A所示，在第一立体形状部23与第二立体形状部33之间的密封周上的一部分设置有间隙空间41。在间隙空间41的两端部且在第一隔板部件21分别设置有第一开口42和第二开口43。由此，设置出在宽度方向上横穿唇状密封垫81及扁平状密封垫91的流体流路44。氧气在流体流路44中流动。
第一立体形状部23具有立体部45。立体部45通过冲压加工而形成。立体部45以横穿第一立体形状部23的宽度方向的方式，遍及第一立体形状部23的底面部23b、一对侧面部23a、第一立体形状部23的宽度方向两侧的平面部22具有图4B所示的截面形状。将具有立体部45的第一立体形状部23嵌入第二立体形状部33，使底面部23b与底面部33b接触，由此间隙空间41成为隧道状的空间。由此，如图5所示，形成从供给用歧管孔13A经由第一开口42、间隙空间41以及第二开口43到达反应面12的、箭头方向的氧气供给用的流体流路44。另外，形成从反应面12经由第二开口43、间隙空间41以及第一开口42到达排出用歧管孔13B的、与箭头相反的方向的氧气排出用的流体流路44。
氢气的供给用歧管密封部73C在燃料电池运转时将氢气从供给用歧管孔13C向反应面12供给。氢气的排出用歧管密封部73D在燃料电池运转时将氢气从反应面12向排出用歧管孔13D排出。
如图6A所示，在第一立体形状部23与第二立体形状部33之间的密封周上的一部分设置有间隙空间51。在间隙空间51的两端部且在第二隔板部件31分别设置有第一开口52和第二开口53。由此，设置出在宽度方向上横穿唇状密封垫81及扁平状密封垫91的流体流路54。氢气在流体流路54中流动。
第一立体形状部23具有立体部55。立体部55通过冲压加工而形成。立体部55以横穿第一立体形状部23的宽度方向的方式，遍及第一立体形状部23的底面部23b、一对侧面部23a、第一立体形状部23的宽度方向两侧的平面部22具有图6B所示的截面形状。将具有立体部55的第一立体形状部23嵌入第二立体形状部33，使底面部23b与底面部33b接触，由此间隙空间51成为隧道状的空间。由此，如图7所示，形成从供给用歧管孔13C经由第一开口52、间隙空间51以及第二开口53到达反应面12的箭头方向的氢气供给用的流体流路54。另外，形成从反应面12经由第二开口53、间隙空间51以及第一开口52到达排出用歧管孔13D的、与箭头相反的方向的氢气排出用的流体流路54。
冷却水的供给用歧管密封部73E在燃料电池运转时将冷却水从供给用歧管孔13E向反应面12供给。冷却水的排出用歧管密封部73F在燃料电池运转时将冷却水从反应面12向排出用歧管孔13F排出。
如图8A所示，在第一立体形状部23与第二立体形状部33之间的密封周上的一部分设置有间隙空间61。由此，设置出在宽度方向上横穿唇状密封垫81及扁平状密封垫91的流体流路64。冷却水在流体流路64中流动。
第一立体形状部具有立体部65。立体部65通过冲压加工而形成。立体部65以横穿第一立体形状部23的宽度方向的方式，遍及第一立体形状部23的底面部23b、一对侧面部23a、第一立体形状部23的宽度方向两侧的平面部22具有图8B所示的截面形状。通过将具有立体部65的第一立体形状部23嵌入第二立体形状部33，并使底面部23b与底面部33b接触，从而间隙空间61成为隧道状的空间。
冷却水与氧气、氢气不同，不是反应物质。因此，冷却水在反应面12的区域中也通过双极隔板的内部(第一隔板部件21与第二隔板部件31之间的内部空间)，从而向排出用歧管孔13F流动。因此，在第一立体形状部23及第二立体形状部33的反应面12侧的区域中，在第一隔板部件21与第二隔板部件31之间，具有与间隙空间61相同的截面形状的内部空间66也与间隙空间61连续。
在供给用歧管孔13E的区域以及排出用歧管孔13F的区域中，在第一隔板部件21与第二隔板部件31之间，具有与间隙空间61相同的截面形状的内部空间67也与间隙空间61连续。
由此，如图9所示，形成从供给用歧管孔13E经由内部空间67和间隙空间61到达内部空间66的、箭头方向的冷却水供给用的流体流路64。另外，形成从内部空间66经由间隙空间61以及内部空间67到达排出用歧管孔13F的、与箭头相反的方向的冷却水排出用的流体流路64。
此外，如图10所示，也可以在冷却水供给用歧管孔13E的区域以及冷却水排出用歧管孔13F的区域设置开口62来代替内部空间67。
如图3所示，本实施方式的隔板一体式密封垫1与作为燃料电池单电池的构成元件的电解质膜101、气体扩散层102、103一起组装成燃料电池组。夹在一对气体扩散层102、103之间的电解质膜101具有比气体扩散层102、103大的平面面积。因此，电解质膜101具有从气体扩散层102、103伸出的周缘部101a。周缘部101a被夹在唇状密封垫81与扁平状密封垫91之间。由此，唇状密封垫81及扁平状密封垫91发挥密封作用，以使氧气、氢气或冷却水不泄漏。
本实施方式的隔板一体式密封垫1的唇状密封垫81在密封垫基部82的平面上一体地设置有密封唇83。另外，扁平状密封垫91是不具有密封唇的平坦状。因此，唇状密封垫81具有比扁平状密封垫91大的高度(厚度)。
在图13所示的比较例中，在第一隔板部件21、第二隔板部件31未设置立体形状部，第一隔板部件21、第二隔板部件31为平面状。在该情况下，由于唇状密封垫81与扁平状密封垫91的高度(厚度)的不同，在堆叠组装时，夹在唇状密封垫81与扁平状密封垫91之间的电解质膜101的周缘部101a被唇状密封垫81向厚度方向一方(在图13中为上方)抬起，相应地发生变形。
与此相对，在本实施方式的隔板一体式密封垫1中，第一隔板部件21和第二隔板部件31分别具有立体形状部23、33。因此，如图3所示，在堆叠组装时，夹在唇状密封垫81与扁平状密封垫91之间的电解质膜101的周缘部101a不会被唇状密封垫81向厚度方向一方(在图3中为上方)抬起，电解质膜101保持大致平面状，不会大幅变形。
因此，能够防止电解质膜101被唇状密封垫81抬起而变形，耐久性降低。
优选使第二隔板部件31的立体形状部33的高度与配置于第二隔板部件31与电解质膜101之间的气体扩散层102的厚度相等或大致相等。
在本实施方式的隔板一体式密封垫1中，第一立体形状部23的宽度比第二立体形状部33的宽度小，在相互对置的第一立体形状部23的侧面部23a与第二立体形状部33的侧面部33a之间设置有宽度方向的间隙c。因此，即使在第一隔板部件21、第二隔板部件31的冲压加工时产生尺寸误差，或者在第一隔板部件21与第二隔板部件31的接合时产生平面上的位置偏移，也能够将第一立体形状部23嵌入第二立体形状部33。
本实施方式的隔板一体式密封垫1在第一立体形状部23的底面部23b与第二立体形状部33的底面部33b之间的圆周上的一部分设置有间隙空间41、51、61。由此，形成在宽度方向上横穿唇状密封垫81及扁平状密封垫91的流体流路44、54、64。反应物质(O2、H2)、冷却水经由流体流路44、54、64从供给用歧管孔13A、13C、13E向反应面12流动，从反应面12向排出用歧管孔13B、13D、13F流动。
在本实施方式的隔板一体式密封垫1中，在唇状密封垫81设置有一对突起状的承接部84。一对承接部84的间隔比第二立体形状部33的宽度小。因此，如图3所示，一对承接部84双方同时支承位于其上方的第二立体形状部33。因此，如图11所示，即使在堆叠组装时产生局部的过压缩、隔板11彼此的位置偏移等，也能够防止隔板11产生变形、倾斜，能够将层叠的多个隔板11维持为平行的状态。
另外，作为其他实施方式，如图12所示，承接部84也可以根据产品规格的情况等而省略。
符号说明
1 隔板一体式密封垫
11 隔板
12 反应面
13 歧管孔
13A 氧气供给用歧管孔
13B 氧气排出用歧管孔
13C 氢气供给用歧管孔
13D 氢气排出用歧管孔
13E 冷却水供给用歧管孔
13F 冷却水排出用歧管孔
21 第一隔板部件
22、32 平面部
23 第一立体形状部
23a、33a 侧面部
23b、33b 底面部
24 密封垫安装槽
31 第二隔板部件
33 第二立体形状部
34 立体形状嵌合槽
35 接合部
41、51、61 间隙空间
42、43、52、53、62 开口
44、54、64 流体流路
45、55、65 立体部
66、67 内部空间
71 密封垫
72 外周密封部
73 歧管密封部
73A 氧气供给用歧管密封部
73B 氧气排出用歧管密封部
73C 氢气供给用歧管密封部
73D 氢气排出用歧管密封部
73E 冷却水供给用歧管密封部
73F 冷却水排出用歧管密封部
81 唇状密封垫
82 密封垫基部
83 密封唇
84 承接部
91 扁平状密封垫
101 电解质膜
101a 周缘部
102、103 气体扩散层
c 间隙

Claims (4)

1.一种燃料电池用的隔板一体式密封垫，具有：
唇状密封垫；
第一隔板部件，其由能够冲压加工的金属板构成，具有第一立体形状部，在与所述第一立体形状部的突出方向相反的一侧的面具有保持所述唇状密封垫的密封垫安装槽；
第二隔板部件，其由能够冲压加工的金属板构成，具有第二立体形状部，在与所述第二立体形状部的突出方向相反的一侧的面具有收纳所述第一立体形状部的立体形状嵌合槽；以及
扁平状密封垫，其保持于所述第二立体形状部的外表面侧；
所述第一立体形状部与所述第二立体形状部在平面上的位置对齐，并向相同的方向突出，
所述第一隔板部件和所述第二隔板部件在厚度方向上重叠并接合。
2.如权利要求1所述的隔板一体式密封垫，其中，
所述第一立体形状部具有比所述第二立体形状部小的宽度，
所述第一立体形状部具有第一侧面部，
所述第二立体形状部具有第二侧面部，
所述第一侧面部和所述第二侧面部彼此对置，
在所述第一侧面部与所述第二侧面部之间设置有间隙。
3.如权利要求1或2所述的隔板一体式密封垫，其中，
所述第一立体形状部具有第一底面部，
所述第二立体形状部具有第二底面部，
在所述第一底面部与所述第二底面部之间的圆周上的一部分具有流体流路，所述流体流路在宽度方向上横穿所述唇状密封垫及所述扁平状密封垫。
4.如权利要求1至3中任一项所述的隔板一体式密封垫，其中，
所述唇状密封垫具有：
密封垫基部，其被保持在所述密封垫安装槽内；
密封唇，其设置在所述密封垫基部的平面上；以及
一对突起状的承接部，所述一对突起状的承接部分别设置在所述密封垫基部的平面上且设置在所述密封唇的宽度方向两侧；
所述一对承接部的间隔比所述第二立体形状部的宽度小。
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