DE10028395A1 - Seal used for fuel cells comprises sealing body, sealing section made of liquid vulcanized rubber, and polymer electrolyte membrane element - Google Patents
Seal used for fuel cells comprises sealing body, sealing section made of liquid vulcanized rubber, and polymer electrolyte membrane elementInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Dichtungen als Abdich tungsvorrichtungen, und sie betrifft insbesondere eine Dichtung für Brennstoffzellen, wie gestapelte Brennstoff zellen. Die Dichtung trägt eine Schicht, wie eine elektro lytische Membran, in einem begrenzten Bereich und dichtet Arbeitsgase und -flüssigkeiten, wie Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Wasser ab.The present invention relates to seals as seals tion devices, and it relates in particular to one Seal for fuel cells, such as stacked fuel cells. The seal has a layer, like an electro lytic membrane, in a limited area and seals Working gases and liquids, such as oxygen, nitrogen, Hydrogen and water.
Im allgemeinen umfaßt jede "Zelle" einer Brennstoffzelle ein Paar von durchlässigen, bipolaren Platten oder Sammel- Trenn-Elektroden und ein Paar von Membran- und Elektroden baugruppen (MEBs). Jede MEB besteht aus einer Polymer- Elektrolyt-Membran, einer katalytischen Lage und einer reaktiven Elektrodenlage. Die MEB wird zwischen zwei bipo laren Platten eingelegt. Die funktionellen Anforderungen bei einer derartigen Verbundkonfiguration oder -zelle sind zum Beispiel ein konstanter Abstand zwischen den beiden benachbarten bipolaren Platten, eine hochgradig hermetische oder geringfügig durchlässige Abdichtung, wodurch die Verdampfung von Wasser und die Austrocknung der Polymer- Elektrolyt-Membran verhindert wird, und einfaches Zusammen bauen und Zerlegen. Mehrere benachbarte "Zellen" bilden einen Brennstoffzellen-"Stapel".Generally, each "cell" comprises a fuel cell a pair of permeable, bipolar plates or collection Separation electrodes and a pair of membrane and electrodes assemblies (MEBs). Each MEB consists of a polymer Electrolyte membrane, a catalytic layer and one reactive electrode position. The MEB is between two bipo laren plates inserted. The functional requirements are in such a composite configuration or cell for example a constant distance between the two neighboring bipolar plates, a highly hermetic or slightly permeable seal, which makes the Evaporation of water and drying out of the polymer Electrolyte membrane is prevented and easy to assemble build and disassemble. Form several adjacent "cells" a fuel cell "stack".
Normalerweise wird der Brennstoffzellenstapel durch ein aushärtendes Haftmittel abgedichtet. Diese Abdichtung ist am Anfang wirksam, hat aber einen bedeutenden Nachteil, denn schadhafte Abdichtungen aus aushärtenden Haftmitteln können nicht einfach durch neue ersetzt werden.Usually the fuel cell stack is replaced by a hardening adhesive sealed. This seal is effective at the beginning, but has one major disadvantage because defective seals made of hardening adhesives cannot simply be replaced by new ones.
Lösungen zur Behebung dieses Problems sind zum Beispiel die Schaffung einer Abdichtung zwischen den Brennstoffzel lenstapeln, wobei Dichtungen, wie in der Japanischen Patentanmeldung Offenlegungsnummern 9-231987, 7-227220 und 7-153480 offenbart, verwendet werden oder eine Verbunddich tung bestehend aus einer Gummischicht und einer Zellular- oder Schwammlage, wie in der Japanischen Patentanmeldung Offenlegungsnummer 7-312223 offenbart, verwendet wird. Diese Dichtungen erhöhen die Gesamtdicke des Brennstoff zellenstapels und ziehen leichtes Zusammenbauen und Zerle gen nicht in Betracht.Solutions to fix this problem are, for example Creation of a seal between the fuel cells oil stacks, with seals, as in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-231987, 7-227220 and 7-153480, can be used or a composite device consisting of a rubber layer and a cellular or sponge layer, as in the Japanese patent application Laid-open number 7-312223 is used. These seals increase the overall thickness of the fuel cell stack and pull easy to assemble and tear not considered.
Eine andere Lösung umfaßt die Verwendung einer Dichtung,
bestehend aus einem Metallgefüge oder einer Metallschicht
und einer Gummilage. Das hat die folgenden Nachteile:
Another solution involves the use of a seal consisting of a metal structure or layer and a rubber layer. This has the following disadvantages:
- A) Gasförmige Komponenten in der Brennstoffzelle und Kühlwasser reagieren mit der Metallschicht, so daß verunreinigende Ionen erzeugt werden. Das bewirkt eine verminderte Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle für die elektrische Stromerzeugung.A) Gaseous components in the fuel cell and Cooling water react with the metal layer, so that contaminating ions are generated. That does one reduced performance of the fuel cell for electrical power generation.
- B) Da das Metallgefüge relativ dick ist, im Bereich von 0,5 bis 2,0 mm, ist ein großer Brennstoffzellenstapel, der ungefähr 100 Zellen umfaßt, schwer und groß.B) Since the metal structure is relatively thick, in the range of 0.5 to 2.0 mm, is a large fuel cell stack, which is about 100 cells, heavy and large.
- C) Jegliche Verformung des Metallgefüges, wie durch Verziehen, erschwert die Positionierung und den Zusam menbau der Polymer-Elekrolyt-Membran. Diese Verformung kann entstehen, wenn eine Auflagelast angewandt wird, um eine Abdichtung zu gewährleisten, und als Ergebnis verzieht sich das Metallgefüge. Der verzogene Abschnitt verursacht eine Krümmung des Metallgefüges der Dichtung und erschwert infolgedessen den Zusammenbau der Brennstoffzelle.C) Any deformation of the metal structure, as by Warping makes positioning and together difficult construction of the polymer electrolyte membrane. This deformation can arise if a bearing load is applied, to ensure sealing, and as a result the metal structure warps. The warped section causes the metal structure of the seal to bend and consequently complicates the assembly of the Fuel cell.
- D) Da eine große Fläche abgedichtet wird, erfordert der Zusammenbau der Brennstoffzellen eine große Druckkraft. Die Druckkraft der Abdichtung ändert sich jedoch bedeu tend, da die komprimierte Höhe der Abdichtung sich leicht ändert, wodurch sich unbeständige Abdichtungs charakteristiken ergeben.D) Since a large area is sealed, the Assembling the fuel cells a great compressive force. However, the pressure force of the seal changes significantly tend, since the compressed height of the seal itself changes slightly, resulting in inconsistent sealing characteristics result.
Beim Zusammenbau von Brennstoffzellen sind die Polymer- Elektrolyt-Membranen geneigt, durch Staub oder dergleichen verunreinigt zu werden, aufgrund der direkten Handhabung der Schichten. Staub oder dergleichen beeinflussen die stromerzeugende Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle. Es ist auch schwer, die Schicht an der vorbestimmten Stelle in der Brennstoffzelle richtig zu positionieren, weil die Membran dünn und weich ist.When assembling fuel cells, the polymer Electrolyte membranes inclined to dust or the like to be contaminated due to direct handling of layers. Dust or the like affect the power-generating performance of the fuel cell. It is also difficult to put the layer in at the predetermined location to position the fuel cell correctly because the Membrane is thin and soft.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dichtung für Brennstoffzellen zu schaffen, welche die oben erwähnten Probleme löst und die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle für die elektrische Stromerzeugung verbes sert.An object of the present invention is to provide a To create gasket for fuel cells which the above solves the problems mentioned and the performance of Fuel cell for electrical power generation verbes sert.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dichtung für Brennstoffzellen zu schaffen, die für einfachen Zusammenbau geeignet ist.Another object of the present invention is to to create a seal for fuel cells that for simple assembly is suitable.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dichtung für Brennstoffzellen zu schaffen, die hinsichtlich Größe und Gewicht kompakt ist.Another object of the present invention is to to create a seal for fuel cells that is compact in size and weight.
Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dichtung für Brennstoffzellen zu schaffen, welche die Notwendigkeit einer direkten Handhabung der Polymer- Elektrolyt-Membranen beseitigt.Yet another object of the present invention is it to create a seal for fuel cells which the need for direct handling of the polymer Eliminated electrolyte membranes.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dichtung für Brennstoffzellen zu schaffen, umfassend einen Dichtungskörper, der ein Metallgefüge und eine Harzschicht umfaßt und Öffnungen aufweist, und einen Abdichtungs abschnitt, der ein flüssiges Gummivulkanisat umfaßt, wobei der Abdichtungsabschnitt mit dem Dichtungskörper verbunden wird und die Innenseite jeder Öffnung mit dem Abdichtungs abschnitt abgedeckt wird.A first aspect of the present invention is a To create a seal for fuel cells, comprising a Seal body, which is a metal structure and a resin layer comprises and has openings, and a seal section comprising a liquid rubber vulcanizate, wherein the sealing section is connected to the sealing body will and the inside of each opening with the waterproofing section is covered.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Dichtung für Brennstoffzellen, umfassend einen Dichtungs körper, der ein Metallgefüge und eine Harzschicht umfaßt und Öffnungen und mindestens ein durchgehendes Loch aufweist, und einen Abdichtungsabschnitt, der ein flüssiges Gummivulkanisat umfaßt. Der Abdichtungsabschnitt wird mit dem Dichtungskörper verbunden, und der Abdichtungsabschnitt wird vollständig derart ausgebildet, daß er durch das durchgehende Loch in dem Körper durchgeht und die Seiten fläche jeder Öffnung und die Ober- und Unterseite des Dichtungskörpers in der Nachbarschaft jeder Öffnung abdeckt.A second aspect of the present invention is one Seal for fuel cells, comprising a seal body comprising a metal structure and a resin layer and openings and at least one through hole has, and a sealing portion that a liquid Includes rubber vulcanizate. The sealing section is with connected to the sealing body, and the sealing portion is fully trained so that it is through hole in the body goes through and the sides area of each opening and the top and bottom of the Sealing body in the vicinity of each opening covers.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Dichtung für Brennstoffzellen, bestehend aus einem Dichtungskörper, umfassend ein Metallgefüge und wobei eine Harzschicht in den Öffnungen angeordnet ist, und einem Abdichtungsabschnitt, der ein flüssiges Gummivulkanisat umfaßt. Der Abdichtungsabschnitt wird mit dem Dichtungskör per verbunden, und der äußere Abschnitt der Polymer- Elektrolyt-Membranen in dem Körper deckt die Seitenfläche jeder Öffnung und die Ober- und Unterseite des Dichtungs körpers und den Polymer-Elektrolyt-Membranen in der Nachbarschaft jeder Öffnung ab. A third aspect of the present invention is one Seal for fuel cells, consisting of a Sealing body, comprising a metal structure and being one Resin layer is arranged in the openings, and one Sealing section, which is a liquid rubber vulcanizate includes. The sealing section is with the gasket connected by, and the outer portion of the polymer Electrolyte membranes in the body cover the side surface each opening and the top and bottom of the seal body and the polymer electrolyte membranes in the Neighborhood every opening.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Innenseite jeder Öffnung vollständig mit dem Abdichtungsabschnitt abgedeckt; als ein Ergebnis tritt die Arbeitsflüssigkeit nicht in direkten Kontakt mit dem Dichtungskörper, wenn die Dichtung in eine Brennstoffzelle eingebaut wird. Infolgedessen erlaubt der Dichtungskörper nicht die Bildung von Verun reinigungen, z. B. Ionen, welche die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle für die elektrische Stromerzeugung vermin dern. Demgemäß weist die Brennstoffzelle, welche die Dichtung umfaßt, eine hohe stromerzeugende Leistungsfähig keit auf.In the present invention, the inside of each Opening completely covered with the sealing section; as a result, the working fluid does not enter direct contact with the seal body when the seal is built into a fuel cell. Consequently the sealing body does not allow the formation of verun cleaning, e.g. B. ions, which the performance of Min. Fuel cell for electrical power generation other. Accordingly, the fuel cell, which the Seal covers, a high power generating efficiency on.
Im zweiten Aspekt kann der Abdichtungsabschnitt ohne ein Haftmittel fest am Dichtungskörper angebracht werden, um den Kantenabschnitt zu umgeben, umfassend das durchgehende Loch und jede Öffnung. Da kein Haftmittel für die Verbin dung zwischen dem Dichtungskörper und dem Abdichtungsab schnitt verwendet wird, verursacht eine Brennstoffzelle, die diese Dichtung verwendet, keine Verminderung der Leistungsfähigkeit für die elektrische Stromerzeugung aufgrund von irgendwelchen chemischen Reaktionen mit dem Haftmittel. Des weiteren ist der Prozeß des Anbringens eines Haftmittels nicht erforderlich, um den Dichtungskör per an dem Gefüge festzumachen. Auf diese Weise wird der Fertigungsprozeß der Dichtung vereinfacht.In the second aspect, the sealing section can be without one Adhesive to be firmly attached to the seal body to surround the edge portion comprising the continuous Hole and every opening. Since no adhesive for the verb between the sealing body and the sealing cover cut used causes a fuel cell, that uses this seal, no reduction in Efficiency for electrical power generation due to any chemical reactions with the Adhesive. Furthermore, the process of attachment an adhesive is not required to seal the gasket to attach to the structure. In this way the Manufacturing process of the seal simplified.
Im ersten und zweiten Aspekt weist der Dichtungskörper vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,03 bis 0,3 mm auf. Der Abstand zwischen den beiden benachbarten bipolaren Platten kann verringert werden, wenn diese Dichtung dazwi schen eingebaut wird. Auf diese Weise wird eine Brennstoff zelle, welche diese Dichtung verwendet, eine verbesserte Leistungsfähigkeit für die elektrische Stromerzeugung aufweisen und dünner und leichter sein.In the first and second aspects, the sealing body preferably a thickness in the range of 0.03 to 0.3 mm. The distance between the two neighboring bipolar ones Plates can be reduced if this seal is in between installed. This way it becomes a fuel cell using this seal is an improved one Efficiency for electrical power generation have and be thinner and lighter.
Im dritten Aspekt kann der Abdichtungsabschnitt fest mit dem Dichtungskörper und dem Polymer-Elektrolyt verbunden werden. Jegliche Verunreinigung der Polymer-Elekrolyt- Membran kann wirksam verhindert werden, weil keine Notwen digkeit einer direkten Handhabung der Membran besteht, und die genaue Positionierung der Membran kann erreicht werden, weil die Membran fest an der steifen Dichtung angebracht wird. Jede Veränderung in der Größe der Membran, die durch den Druck der Arbeitsflüssigkeit oder dem Trenngas oder der Temperatur während des Gebrauchs verursacht wird, kann durch den Abdichtungsabschnitt wirksam ausgeglichen werden, weil der Abdichtungsabschnitt aus einem relativ nachgiebi gen weichen Material, wie flüssigem Kautschuk, hergestellt wird.In the third aspect, the sealing section can be fixed connected to the sealing body and the polymer electrolyte become. Any contamination of the polymer electrolyte Membrane can be effectively prevented because no need there is direct handling of the membrane, and the exact positioning of the membrane can be achieved because the membrane is firmly attached to the rigid seal becomes. Any change in the size of the membrane caused by the pressure of the working fluid or the separation gas or the Temperature caused during use be effectively compensated for by the sealing section, because the sealing section is made of a relatively flexible soft material, such as liquid rubber becomes.
Fig. 1 ist eine Ansicht von oben einer Dichtung für Brennstoffzellen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 1 is a top view of a seal for fuel cells according to a first embodiment of the present invention;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in Fig. 1; Fig. 2 is an enlarged cross sectional view taken along a line AA in Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Teilansicht im Querschnitt einer Dichtung für Brennstoffzellen gemäß einem zweiten Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 3 is a partial cross-sectional view of a gasket for fuel cells according to a second embodiment of the present invention;
Fig. 4 ist eine Teilansicht im Querschnitt einer Dichtung für Brennstoffzellen gemäß einem dritten Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 4 is a partial cross-sectional view of a seal for fuel cells according to a third embodiment of the present invention;
Fig. 5 ist eine Teilansicht im Querschnitt einer Dichtung für Brennstoffzellen gemäß einem vierten Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 5 is a partial cross-sectional view of a seal for fuel cells according to a fourth Ausführungsbei game of the present invention;
Fig. 6 ist eine Teilansicht im Querschnitt einer Dichtung für Brennstoffzellen gemäß einem fünften Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 6 is a partial cross-sectional view of a gasket for fuel cells according to a fifth embodiment of the present invention;
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden jetzt mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.The preferred embodiments of the present Invention will now be described with reference to the accompanying Described drawings.
Fig. 1 ist eine Ansicht von oben einer Dichtung für Brennstoffzellen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und Fig. 1 is a top view of a seal for fuel cells according to the first embodiment, and
Fig. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in Fig. 1. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view taken along a line AA in FIG. 1.
Mit Bezugnahme auf Fig. 1 weist eine Dichtung 1 in diesem Ausführungsbeispiel eine rechtwinkelige flache Gesamtform auf. Mindestens zwei weitere Öffnungen 3 werden auf der Fläche gebildet. Diese Öffnungen 3 werden in Richtung der Dicke der Dichtung derart gebildet, daß Gas, wie Sauer stoff, Stickstoff und Wasserstoff, und Arbeitsflüssigkei ten, wie Wasser, durch die Öffnungen 3 zirkulieren oder strömen können.Referring to Fig. 1, a gasket 1 in this embodiment has an overall rectangular flat shape. At least two further openings 3 are formed on the surface. These openings 3 are formed in the direction of the thickness of the seal such that gas, such as oxygen, nitrogen and hydrogen, and working fluids, such as water, can circulate or flow through the openings 3 .
Mit Bezugnahme auf Fig. 2 weist die Dichtung einen flachen Dichtungskörper oder ein flaches Dichtungsgefüge 2 auf, das sich aus einem Metall oder einem Polymerharz zusammensetzt. Auf alternative Weise wird das Gefüge 2 aus Metall, wie Stahl oder rostfreiem Stahl, hergestellt, und auf alterna tive Weise ist das Polymerharz Polyamid oder Nylon oder Stanyl oder Polyethylen-Terephtalat (PET) oder Polybutylen- Terephtalat (PBT) oder ähnliche thermoplastischen Materia lien oder auf alternative Weise Duroplast-Kunststoffmate rial, wie Polyester oder Vinylester. Die Öffnungen 3 werden im Dichtungskörper 2 gebildet. Der Dichtungskörper 2 weist eine Auskragung 5 auf, die einen bogenförmigen Querschnitt auf der Oberseite davon aufweist, um die Abdichtungskräfte oder die Abdichtungsauflagelasten der oberen Linie örtlich zu verstärken. Die Auskragung 5 ist eine die Oberseite des Dichtungskörpers erweiternde Sicke. Der Dichtungskörper 2 im ersten Ausführungsbeispiel weist eine Dicke t1 von ungefähr 2 mm auf. Das ist jedoch keine Einschränkung, was die Anwendung im Rahmen der Erfindung betrifft, sondern die Dichtungsdicke kann von 0,5 mm bis 3,0 mm variieren.With reference to FIG. 2, the seal has a flat sealing body or a flat sealing structure 2 , which is composed of a metal or a polymer resin. Alternatively, the structure 2 is made of metal such as steel or stainless steel, and alternatively the polymer resin is polyamide or nylon or stanyl or polyethylene terephthalate (PET) or polybutylene terephthalate (PBT) or similar thermoplastic materials or alternatively, thermoset plastic material, such as polyester or vinyl ester. The openings 3 are formed in the sealing body 2 . The sealing body 2 has a projection 5 which has an arcuate cross section on the upper side thereof in order to locally reinforce the sealing forces or the sealing bearing loads of the upper line. The projection 5 is a bead that widens the upper side of the sealing body. The sealing body 2 in the first exemplary embodiment has a thickness t 1 of approximately 2 mm. However, this is not a limitation as regards the application in the context of the invention, but the sealing thickness can vary from 0.5 mm to 3.0 mm.
Der Dichtungskörper 2 wird mit einer Dichtsicke oder einem Dichtmittel 6 bestehend aus einem elastischen Material abgedeckt, das einen oberen Abdichtungsabschnitt 7 auf der Oberseite, einen unteren Abdichtungsabschnitt 8 auf der Unterseite und einen inneren Abdichtungsabschnitt 9 auf der Innenseite jeder Öffnung bildet. Der Abdichtungsabschnitt 6 wird mit dem Dichtungskörper 2 mittels eines in der Technik wohlbekannten Haftmittels verbunden. Der obere, untere und innere Abdichtungsabschnitt 7, 8 und 9 werden integral gebildet, indem ein flüssiges Gummivulkanisat verwendet wird, der eine JIS-A-Härte von 60 oder weniger aufweist (wobei JIS die Abkürzung für Japanische Industrienorm ist). Das flüssige Gummivulkanisat ist eine Platin-Silizium- oder -Fluorsilizium-Vernetzung oder ein ähnliches in der Technik wohlbekanntes elastomerisches Material. Das flüssige Gummi vulkanisat wird als eine Flüssigkeit bei niedrigem Druck im Bereich von 2,0 Mpa bis 10,0 Mpa in eine Form eingespritzt, die das Dichtungsgefüge enthält. Die Verwendung von niedri gem Einspritzdruck, um das Gummivulkanisat in die Form einzuspritzen, verändert, verwandelt oder spaltet der Gummi den Dichtungskörper 2 nicht, auch wenn die Körperdicke sehr gering ist und keine große Festigkeit aufweist. Sobald das flüssige Gummivulkanisat in die Form eingespritzt ist, beginnt es sich aufgrund der geheizten Form zu erwärmen, und sobald das flüssige Gummivulkanisat eine Temperatur schwelle erreicht, beginnt es zu vernetzen oder zu vulkani sieren und bildet eine elastomerische Abdichtung, die mit dem Dichtungskörper 2 verbunden wird. The sealing body 2 is covered with a sealing bead or sealant 6 consisting of an elastic material, which forms an upper sealing section 7 on the upper side, a lower sealing section 8 on the lower side and an inner sealing section 9 on the inside of each opening. The sealing section 6 is connected to the sealing body 2 by means of an adhesive well known in the art. The upper, lower and inner sealing portions 7 , 8 and 9 are integrally formed by using a liquid rubber vulcanizate having a JIS-A hardness of 60 or less (where JIS is short for Japanese Industry Standard). The liquid rubber vulcanizate is a platinum-silicon or fluorosilicon cross-link or similar elastomeric material well known in the art. The liquid rubber vulcanizate is injected as a liquid at low pressure in the range from 2.0 Mpa to 10.0 Mpa into a mold which contains the sealing structure. The use of low injection pressure to inject the rubber vulcanizate into the mold does not change, transform or split the rubber body 2 , even if the body thickness is very small and does not have great strength. As soon as the liquid rubber vulcanizate is injected into the mold, it starts to heat up due to the heated mold, and as soon as the liquid rubber vulcanizate reaches a temperature threshold, it begins to crosslink or vulcanize and forms an elastomeric seal that connects to the sealing body 2 becomes.
Die Dichtung klemmt eine Elektrolyt-Membran 12 ein, wie eine aus fluorhaltigem Material hergestellte wie Nation®, das im Handel unter der Handelsmarke von DuPont und Company of Wilmington, DE, erhältlich ist, das im Patent Coopera tion Treaty Patent No. WO 971 5 D139 offenbart ist und das, hier unter Bezugnahme, in einem relativ begrenzten Bereich in einem Brennstoffzellenstapel eingebaut wird, um die Arbeitsgase und -flüssigkeiten, wie Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Wasser, abzudichten, die einen Druck von 0,5 Mpa aufweisen. Die Polymer-Elektrolyt-Membran 12 erstreckt sich auf die Öffnungen, so daß die Dichtung 1 und eine beigefügte Dichtung 1' auf jeder Seite der Membran 12 angesiedelt werden.The seal clamps an electrolyte membrane 12 , such as one made of fluorine-containing material such as Nation®, commercially available under the trademark of DuPont and Company of Wilmington, DE, which is described in the Patent Cooperation Treaty Patent No. WO 971 5 D139 is disclosed and, incorporated herein by reference, is installed in a relatively limited area in a fuel cell stack to seal the working gases and liquids, such as oxygen, nitrogen, hydrogen and water, which have a pressure of 0.5 MPa exhibit. The polymer electrolyte membrane 12 extends onto the openings so that the seal 1 and an attached seal 1 'are located on each side of the membrane 12 .
Da die Innenseite 9 jeder Öffnung 3 vollständig mit dem Abdichtungsabschnitt 6 abgedeckt wird, tritt die Arbeits flüssigkeit nicht direkt in Kontakt mit dem Dichtungsgefüge. 2, wenn die Dichtung 1 in eine Brennstoffzelle eingebaut wird. Infolgedessen erlaubt der Dichtungskörper 2 keine Bildung von Verunreinigungen, z. B. Ionen, welche die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzellen für die elektrische Stromerzeugung vermindern können. Dementsprechend weisen Brennstoffzellen, welche die Dichtung 6 umfassen, eine hohe Leistungsfähigkeit für die elektrische Stromerzeugung auf.Since the inside 9 of each opening 3 is completely covered with the sealing section 6 , the working liquid does not come into direct contact with the sealing structure. 2 when the gasket 1 is installed in a fuel cell. As a result, the sealing body 2 does not allow the formation of contaminants, e.g. B. ions, which can reduce the performance of fuel cells for electrical power generation. Accordingly, fuel cells, which comprise the seal 6 , have a high performance for electrical power generation.
Der Dichtungskörper 2 wird mit dem Abdichtungsabschnitt 6 bestehend aus dem integral gebildeten oberen, unteren und inneren Abdichtungsabschnitt 7, 8 und 9 vollständig abge deckt. Auf diese Weise löst sich der Abdichtungsabschnitt 6 nicht vom Dichtungskörper 2. Auf diese Weise kann der Dichtungskörper, der mit dem Abdichtungsabschnitt 6 abge deckt wird, den Beschichtungsschritt vereinfachen, der für das Anbringen eines Haftmittels erforderlich ist, und infolgedessen die Zusammenbauleistung der Dichtung 1 in einer Brennstoffzelle verbessern.The sealing body 2 is completely covered with the sealing section 6 consisting of the integrally formed upper, lower and inner sealing section 7 , 8 and 9 . In this way, the sealing section 6 does not detach from the sealing body 2 . In this way, the sealing body covered with the sealing portion 6 can simplify the coating step required for the attachment of an adhesive and, as a result, improve the assembling performance of the seal 1 in a fuel cell.
Mit Bezugnahme auf Fig. 3 wird in einer Dichtung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels nur ein peripherer Abschnitt jeder Öffnung 3 eines Dichtungskörpers 2 mit einem Abdich tungsabschnitt 6 abgedeckt. Die Dichtung 1 weist einen flachen Körper 2 auf, der sich aus einem Metall oder einem Polymerharz zusammensetzt, wie im ersten Ausführungsbei spiel beschrieben, und mindestens drei Öffnungen 3 aufweist. Der Dichtungskörper 1 ist sehr dünn, wobei er eine Dicke t2 von 0,03 bis 0,5 mm aufweist.With reference to FIG. 3, only a peripheral portion of each opening 3 of a sealing body 2 is covered with a sealing portion 6 in a seal 1 of the second embodiment. The seal 1 has a flat body 2 , which is composed of a metal or a polymer resin, as described in the first game Ausführungsbei, and has at least three openings 3 . The sealing body 1 is very thin, it having a thickness t 2 of 0.03 to 0.5 mm.
Der periphere Abschnitt jeder Öffnung 3 des Dichtungs körpers 2 wird mit einem Abdichtungs- oder Verdichtungs abschnitt 6 abgedeckt und damit Verbunden. Auf diese Weise wird die Innenseite 4 der Öffnung 3 vollständig abgedeckt mit dem Abdichtungsabschnitt 6, um einen oberen Abdich tungsabschnitt 7, einen unteren Abdichtungsabschnitt 8 und einen inneren Abdichtungsabschnitt 9 auf der Innenseite jeder Öffnung zu bilden. Der Abdichtungsabschnitt 6 setzt sich aus demselben flüssigen Gummi-Vulkanisatmaterial zusammen, wie im ersten Ausführungsbeispiel offenbart. Der obere Abdichtungsabschnitt 7 weist eine Dichtsicke auf, die einen dreieckigen, runden oder kreisförmigen Querschnitt hat. Der untere Abdichtungsabschnitt 8 weist einen Trapez querschnitt und eine flache Oberseite auf. Die Höhe des unteren Abdichtungsabschnitts 8 ist geringer als die Höhe des oberen Abdichtungsabschnitts 7.The peripheral portion of each opening 3 of the sealing body 2 is covered with a sealing or compression section 6 and connected. In this way, the inside 4 of the opening 3 is completely covered with the sealing portion 6 to form an upper sealing portion 7 , a lower sealing portion 8 and an inner sealing portion 9 on the inside of each opening. The sealing section 6 is composed of the same liquid rubber vulcanizate material as disclosed in the first exemplary embodiment. The upper sealing section 7 has a sealing bead which has a triangular, round or circular cross section. The lower sealing section 8 has a trapezoidal cross section and a flat top. The height of the lower sealing section 8 is less than the height of the upper sealing section 7 .
Die Dichtung klemmt eine Elektrolyt-Membran in einem rela tiv begrenzten Bereich (eine Breite von ungefähr 1,5 mm) in einer gestapelten Brennstoffzelle ein, um die Arbeitsgase und -flüssigkeiten, wie Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Wasser, abzudichten, und die einen Druck von 0,5 MPa aufweist.The seal clamps an electrolyte membrane in a rela tiv limited area (a width of about 1.5 mm) in a stacked fuel cell to get the working gases and liquids, such as oxygen, nitrogen, hydrogen and water to seal, and the pressure of 0.5 MPa having.
Da die Innenseite 9 jeder Öffnung 3 vollständig mit dem Abdichtungsabschnitt 6 abgedeckt wird, treten die Arbeits flüssigkeiten nicht in direkten Kontakt mit dem Dichtungs körper 2, wenn die Dichtung 1 in eine Brennstoffzelle eingebaut wird. Infolgedessen erlaubt der Dichtungskörper 2 keine Bildung von Verunreinigungen, z. B. Ionen, welche die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzellen für die elektrische Stromerzeugung vermindern können. Dementsprechend weisen Brennstoffzellen, welche die Dichtung 6 umfassen, eine hohe Leistungsfähigkeit für die elektrische Stromerzeugung auf.Since the inside 9 of each opening 3 is completely covered with the sealing section 6 , the working fluids do not come into direct contact with the sealing body 2 when the seal 1 is installed in a fuel cell. As a result, the sealing body 2 does not allow the formation of contaminants, e.g. B. ions, which can reduce the performance of fuel cells for electrical power generation. Accordingly, fuel cells, which comprise the seal 6 , have a high performance for electrical power generation.
Der Dichtungskörper 2 wird mit dem Abdichtungsabschnitt 6 bestehend aus dem integral gebildeten oberen, unteren und inneren Abdichtungsabschnitt 7, 8 und 9 vollständig abge deckt. Auf diese Weise löst sich der Abdichtungsabschnitt 6 nicht vom Dichtungskörper 2, auch wenn der Abdichtungsab schnitt 6 nicht fest am Dichtungskörper 2 anhaftet. Auf diese Weise kann der Dichtungskörper, der mit dem Abdich tungsabschnitt 6 abgedeckt wird, den Beschichtungsschritt vereinfachen, der für das Anbringen eines Haftmittels erforderlich ist, und infolgedessen die Zusammenbauleistung der Dichtung 1 in einer Brennstoffzelle verbessern.The sealing body 2 is completely covered with the sealing section 6 consisting of the integrally formed upper, lower and inner sealing section 7 , 8 and 9 . In this way, the sealing section 6 does not separate from the sealing body 2 , even if the Abdichtungab section 6 does not adhere firmly to the sealing body 2 . In this way, the sealing body covered with the sealing portion 6 can simplify the coating step required for the attachment of an adhesive and, as a result, improve the assembling performance of the seal 1 in a fuel cell.
Da die Dicke t2 des Dichtungskörpers 2 relativ dünn ist, das heißt 0,03 bis 0,5 mm, kann der Abstand zwischen zwei benachbarten bipolaren Teilen vermindert werden, wenn die Dichtung 1 verwendet wird. Infolgedessen weist eine Brennstoffzelle, welche diese Dichtung 1 verwendet, eine verbesserte Leistungsfähigkeit für die elektrische Stromer zeugung, eine verminderte Größe und ein vermindertes Gewicht auf. Die Dicke t2 kann weiter vermindert werden, wenn Verformbarkeit, Schwindung, Spannungsabbau und Form des Abdichtungsabschnitts 6 beim Zusammenbau einer Brennstoffzelle in Betracht gezogen werden.Since the thickness t 2 of the sealing body 2 is relatively thin, that is 0.03 to 0.5 mm, the distance between two adjacent bipolar parts can be reduced when the seal 1 is used. As a result, a fuel cell using this gasket 1 has an improved performance for electric power generation, a reduced size and a reduced weight. The thickness t 2 can be further reduced if deformability, shrinkage, stress relief and shape of the sealing portion 6 are taken into account when assembling a fuel cell.
Der Abdichtungsabschnitt 6 tritt in engen Kontakt mit einer benachbarten bipolaren Platte, um eine für die Abdichtung erforderliche Reaktiv- oder Oberlinien-Abdichtungskraft (das heißt, die Auflagelast) zu erzeugen. In diesem Ausfüh rungsbeispiel weist der Dichtungskörper 2 keine Auskragung auf. Deshalb kommt es zu keinem Verziehen, und der Zusam menbau der Brennstoffzelle wird vereinfacht. Des weiteren wird der Zusammenbau durch eine geringe Klemmkraft erreicht. Auf diese Weise ist jede Änderung in der reakti ven Abdichtungkraft gering, und es wird ein stabiles Abdichtungssystem erreicht.The sealing section 6 comes into close contact with an adjacent bipolar plate to produce a reactive or top line sealing force (i.e., the bearing load) required for the sealing. In this example, the sealing body 2 has no projection. Therefore, there is no warping and the assembly of the fuel cell is simplified. Furthermore, the assembly is achieved by a low clamping force. In this way, any change in the reactive sealing force is small and a stable sealing system is achieved.
Diese teilweise Abdichtungskonfiguration erlaubt eine große Vielfalt von Dichtungsaufbaukonfigurationen.This partial sealing configuration allows for a large one Variety of seal assembly configurations.
Außerdem kann die Dichtung in die Brennstoffzelle eingebaut werden, ohne daß der Abdichtungsabschnitt 6 in direkten Kontakt mit den Händen des Monteurs tritt. Auf diese Weise wird der Abdichtungsabschnitt 6 vor Verunreinigungen durch Schmutz und Staub während des Zusammenbaus geschützt.In addition, the gasket can be installed in the fuel cell without the sealing portion 6 coming into direct contact with the hands of the fitter. In this way, the sealing section 6 is protected from contamination by dirt and dust during assembly.
Der einen Trapezquerschnitt aufweisende untere Abdichtungs abschnitt 8 kann die Neigung der eingebauten Dichtung 1 unterbinden oder verringern und auf diese Weise die Abdich tungscharakteristiken verbessern.The trapezoidal cross-section lower sealing section 8 can prevent or reduce the inclination of the built-in seal 1 and in this way improve the sealing device characteristics.
Mit Bezugnahme auf Fig. 4 weist die Dichtung 1 einen Abdichtungsabschnitt 6 auf, der einen oberen Abdichtungsab schnitt auf der Oberseite und einen unteren Abdichtungsab schnitt 8 auf der Unterseite aufweist, der dieselbe dreieckige Querschnittsform aufweist wie der obere Abdich tungsabschnitt 7 im zweiten Ausführungsbeispiel. Bei dieser Abdichtungskonfiguration wird jede Änderung in der Reaktiv- oder Oberlinien-Abdichtungskraft aufgrund einer Änderung in der Anzahl bipolarer Platten weiter verringert. Infolgedes sen weist die Dichtung 1 zusätzlich zu den Vorteilen im zweiten Ausführungsbeispiel noch weiter stabilisierte Abdichtungscharakteristiken auf. With reference to FIG. 4, the seal 1 has a sealing portion 6 which has an upper sealing portion on the upper side and a lower sealing portion 8 on the lower side which has the same triangular cross-sectional shape as the upper sealing portion 7 in the second embodiment. With this sealing configuration, any change in reactive or top line sealing force due to a change in the number of bipolar plates is further reduced. As a result, the seal 1 has, in addition to the advantages in the second embodiment, still further stabilized sealing characteristics.
Mit Bezugnahme auf Fig. 5 weist eine Dichtung 1 in dem vierten Ausführungsbeispiel einen Abdichtungsabschnitt 6 auf, der nur auf der Außenfläche jeder Öffnung 3 eines flachen Dichtungskörpers 2 vorgesehen ist, der sich aus einem Metall oder einem Polymerharz zusammensetzt, wie im zweiten und dritten Ausführungsbeispiel. Die Dicke t2 des Dichtungskörpers 2 ist ungefähr 0,03 bis 0,5 mm.Referring to Fig. 5, a gasket 1 in the fourth embodiment has a sealing portion 6 provided only on the outer surface of each opening 3 of a flat gasket body 2 composed of a metal or a polymer resin, as in the second and third embodiments . The thickness t 2 of the sealing body 2 is approximately 0.03 to 0.5 mm.
Der Dichtungskörper 2 weist eine Mehrzahl von durchgehenden Löchern 10 in der Nachbarschaft jeder Öffnung 3 auf. Der Abdichtungsabschnitt 6 wird integral gebildet, so daß der Abdichtungsabschnitt 6 durch das durchgehende Loch 10 durchgeht und die Innenseite und die Außenfläche der Öffnung 3 abdeckt. Der obere Abdichtungsabschnitt 7 und der untere Abdichtungsabschnitt 8 weisen Auskragungen auf, die relativ hohe kreisförmige Querschnitte aufweisen. In einer derartigen Konfiguration ist der Abdichtungsabschnitt 6 integral vorgesehen, um den Kantenabschnitt, umfassend die durchgehenden Löcher 11 und die Öffnung 3, zu umgeben. Auf diese Weise kann der Abdichtungsabschnitt hergestellt werden, um am Dichtungskörper 2 ohne ein Haftungsmittel zu haften. Die Mehrzahl von durchgehenden Löchern in einem bestimmten Abstand kann in der Nachbarschaft der Öffnung 3 vorgesehen werden, um einen mechanischen Verschluß zu bilden und die Haftung oder die Verbindung zwischen dem Dichtungskörper 2 und dem Abdichtungsabschnitt 6 zu verbes sern.The sealing body 2 has a plurality of through holes 10 in the vicinity of each opening 3 . The sealing portion 6 is integrally formed so that the sealing portion 6 passes through the through hole 10 and covers the inside and the outside surface of the opening 3 . The upper sealing section 7 and the lower sealing section 8 have projections which have relatively high circular cross sections. In such a configuration, the sealing portion 6 is integrally provided to surround the edge portion comprising the through holes 11 and the opening 3 . In this way, the sealing portion can be made to adhere to the sealing body 2 without an adhesive. The plurality of through holes at a certain distance can be provided in the vicinity of the opening 3 to form a mechanical closure and to improve the adhesion or connection between the sealing body 2 and the sealing section 6 .
Die Dichtung 1 weist die folgenden Vorteile zusätzlich zu den oben erwähnten Vorteilen auf.The gasket 1 has the following advantages in addition to the advantages mentioned above.
Da kein Haft- oder Klebemittel verwendet wird für die Haftung zwischen dem Dichtungskörper 2 und dem Abdichtungs abschnitt 6, bewirkt eine Brennstoffzelle, die diese Dichtung verwendet, keine Verminderung der Leistungsfähig keit für die elektrische Stromerzeugung aufgrund einer chemischen Reaktion des Haftmittels. Des weiteren ist eine Beschichtung eines Haftmittels oder Klebstoffs für den Zusammenbau der Dichtung 1 erforderlich. Deshalb wird der Fertigungsprozeß für eine Dichtung 1 des fünften Ausfüh rungsbeispiels vereinfacht.Since no adhesive or adhesive is used for the adhesion between the seal body 2 and the sealing portion 6 , a fuel cell using this seal causes no decrease in the performance for electric power generation due to a chemical reaction of the adhesive. Furthermore, a coating of an adhesive or adhesive is required for the assembly of the seal 1 . Therefore, the manufacturing process for a seal 1 of the fifth exemplary embodiment is simplified.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der untere Abdichtungs abschnitt 8 auf der Unterseite dieselbe Querschnittform aufweisen wie der im zweiten Ausführungsbeispiel, wodurch die Abdichtungscharakteristiken weiter verbessert werden. Die Fachleute werden erkennen, daß durchgehende Löcher 11 auch für das Verfahren des Abdichtungs- oder dritten Ausführungsbeispiels verwendet werden können, um den Abdichtungsabschnitt oder den oberen Abdichtungsabschnitt 7 gegenüber dem unteren Abdichtungsabschnitt 8 mechanisch zu verschließen.In this embodiment, the lower sealing portion 8 may have the same cross-sectional shape on the underside as that in the second embodiment, thereby further improving the sealing characteristics. Those skilled in the art will recognize that through holes 11 can also be used for the method of the sealing or third embodiment in order to mechanically close the sealing section or the upper sealing section 7 from the lower sealing section 8 .
Mit Bezugnahme auf Fig. 6 ist in einer Dichtung 1 in dem fünften Ausführungsbeispiel und dem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel ein Abdichtungsabschnitt 6 nur an der Peri pherie jeder Öffnung 3 eines flachen Dichtungskörpers 2 vorgesehen, der sich aus einem Metall oder einem Polymer harz zusammensetzt, wie vorher im ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Dicke t2 des Dichtungskörpers 2 ist ungefähr 0,03 bis 0,5 mm.With reference to Fig. 6 in a seal 1 in the fifth embodiment and the preferred exporting approximately example a sealing portion 6, only at the system peripherals each opening 3 of a flat gasket body 2, the resin is composed of a metal or a polymer, as previously described in the first, second and third embodiment. The thickness t 2 of the sealing body 2 is approximately 0.03 to 0.5 mm.
Der Dichtungskörper 2 weist ein durchgehendes Loch 10 in der Nachbarschaft jeder Öffnung 4 auf, um einen mecha nischen Verschluß zu bilden. Die Abmessung des durchge henden Loches ist ungefähr 0,3 mm zu ungefähr 1 mm im Durchmesser. Diese durchgehenden Löcher werden in Abständen von ungefähr 10 mm voneinander angeordnet. Der obere Abdichtungsabschnitt 7 und der untere Abdichtungsabschnitt 8 weisen Auskragungen auf, die relativ konvexe, kreisförmi ge Querschnitte aufweisen. Insbesondere weist der obere Teil der Abdichtungsabschnitte 7 und 8 einen Neigungs abschnitt rings um jeden der Abdichtungsabschnitte 7 und 8 herum auf. Der Abdichtungsabschnitt 6 wird aus einem flüssigen Gummivulkanisat oder einem elastischen Material hergestellt, wie vorher im ersten und zweiten Ausführungs beispiel beschrieben. Die innere Oberfläche 4 der Öffnung wird durch einen elastischen Gummi 6 abgedeckt. Wie bereits erwähnt, wird die Polymer-Elekrolyt-Membran 12 in der Öffnung positioniert. Die äußere Oberfläche der Membran 12 wird ringsum der äußeren Oberfläche der Membran geklemmt und befestigt, wie in Figur dargestellt. Die innere Oberfläche 4 der Öffnung der Dichtung kann mit der äußeren Oberfläche 13 in Kontakt treten. Vorzugsweise besteht kein Kontakt zwischen der inneren Oberfläche 4 der Öffnung 3 und der äußeren Oberfläche 13 der Membran 12. Bei dieser Konfi guration wird der Abdichtungsabschnitt 6 integral gebildet, um den Kantenabschnitt, umfassend das durchgehende Loch 11 und die Öffnung 4, und den äußeren Kantenabschnitt der Membran als Ganzes zu umgeben. Der Abdichtungsabschnitt 6 haftet an der Membran 12. Ein durchgehendes Loch kann in der Nachbarschaft der äußeren Oberfläche der Membran vorge sehen werden, ähnlich dem durchgehenden Loch 11, das in der Dichtung verwendet wird, um Haftung zwischen ihnen zu gewährleisten. Auf diese Weise kann der Abdichtungsab schnitt 6 fest an dem Dichtungskörper 2 und der Membran 12 ohne Haftmittel angeheftet oder angebracht werden. Eine Mehrzahl von durchgehenden Löchern in einem bestimmten Abstand (10 mm oder so) kann in der Nachbarschaft der Öffnung 3 vorgesehen werden, um die Haftung zwischen dem Dichtungskörper 2 und der Membran 12 und dem Abdichtungsab schnitt 6. Üblicherweise wird bei einer Dichtung eine Schicht aus Polymer-Elektrolyt-Membran verwendet.The sealing body 2 has a through hole 10 in the vicinity of each opening 4 to form a mechanical closure African. The dimension of the through hole is about 0.3 mm to about 1 mm in diameter. These through holes are spaced approximately 10 mm apart. The upper sealing section 7 and the lower sealing section 8 have projections which have relatively convex, circular cross sections. In particular, the upper part of the sealing portions 7 and 8 has an inclination portion around each of the sealing portions 7 and 8 . The sealing section 6 is made of a liquid rubber vulcanizate or an elastic material, as previously described in the first and second embodiment example. The inner surface 4 of the opening is covered by an elastic rubber 6 . As already mentioned, the polymer electrolyte membrane 12 is positioned in the opening. The outer surface of the membrane 12 is clamped and secured all around the outer surface of the membrane, as shown in the figure. The inner surface 4 of the opening of the seal can come into contact with the outer surface 13 . There is preferably no contact between the inner surface 4 of the opening 3 and the outer surface 13 of the membrane 12 . In this configuration, the sealing portion 6 is integrally formed to surround the edge portion including the through hole 11 and the opening 4 and the outer edge portion of the membrane as a whole. The sealing section 6 adheres to the membrane 12 . A through hole can be seen in the vicinity of the outer surface of the membrane, similar to the through hole 11 used in the seal to ensure adhesion between them. In this way, the Abdichtungab section 6 can be firmly attached or attached to the sealing body 2 and the membrane 12 without adhesive. A plurality of through holes at a certain distance (10 mm or so) may be provided in the vicinity of the opening 3 to cut the adhesion between the seal body 2 and the membrane 12 and the Abdichtungab 6th A layer of polymer electrolyte membrane is usually used for a seal.
Die Dichtung 1 weist die folgenden Vorteile auf zusätzlich zu den bereits erwähnten. Da kein Haftmittel für die Haftung zwischen dem Dichtungskörper, dem Abdichtungsab schnitt und der Polymer-Elektrolyt-Membran verwendet wird, bewirken Brennstoffzellen, die diese Dichtung verwenden, keine Verminderung der Leistungsfähigkeit für die elektri sche Stromerzeugung aufgrund einer chemischen Reaktion mit dem Haftmittel. Da die Polymer-Elektrolyt-Membran an der Dichtung durch den Abdichtungsabschnitt angebracht wird, besteht keine Notwendigkeit, die Polymer-Elektrolyt-Membran während des Zusammenbauprozesses der Brennstoffzellen direkt zu handhaben, so daß die Verunreinigung durch Berüh ren der Membran wirksam vermieden werden kann. Des weiteren wird der Zusammenbauprozeß stromlinienförmig, weil die Polymer-Elektrolyt-Membran gleichzeitig in die Dichtung eingebaut werden kann. Die genaue Positionierung des Poly mer-Elektrolyts kann leicht erreicht werden, weil die Polymer-Elektrolyt-Membran fest an der steifen Dichtung angebracht wird. Es besteht noch ein weiterer Vorteil bei der Dichtung mit der Elektrolyt-Membran, und zwar der, daß die durch den Druck der Arbeitsflüssigkeit oder dem Arbeitsgas oder der Temperatur verursachte Änderung der Membrandicke durch den Abdichtungsabschnitt, der eine weiche Härte aufweist und nachgiebig ist, wirksam ausgegli chen wird. Die der Membran hinzugefügte Last wird erheblich verringert, wodurch die Lebensdauer der Brennstoffzelle erhöht wird.The seal 1 has the following advantages in addition to those already mentioned. Since no adhesive is used for the adhesion between the seal body, the sealing portion and the polymer electrolyte membrane, fuel cells using this seal do not cause a decrease in the performance for electric power generation due to a chemical reaction with the adhesive. Since the polymer electrolyte membrane is attached to the seal through the sealing portion, there is no need to directly handle the polymer electrolyte membrane during the assembly process of the fuel cells, so that contamination by touching the membrane can be effectively avoided. Furthermore, the assembly process becomes streamlined because the polymer electrolyte membrane can be built into the seal at the same time. The precise positioning of the polymer electrolyte can be easily achieved because the polymer electrolyte membrane is firmly attached to the rigid seal. There is still another advantage to the electrolyte membrane seal, namely that the change in membrane thickness caused by the pressure of the working fluid or gas or temperature is effective through the sealing portion which has a soft hardness and is resilient is balanced. The load added to the membrane is significantly reduced, increasing the life of the fuel cell.
Claims (30)
einen Dichtungskörper, der eine Oberseite, Unterseite und mindestens eine Öffnung aufweist, wobei die Öffnung eine Innenseite aufweist;
einen Abdichtungsabschnitt auf dem Dichtungskörper, wobei der Abdichtungsabschnitt aus einem flüssigen Gummivulkanisat gebildet wird, wobei der Abdichtungs abschnitt auf der Oberseite und der Unterseite gebil det wird und sich über die Innenseite erstreckt, um eine integrale Abdichtung zu bilden, wobei der Abdich tungsabschnitt verhindert, daß die Gase in direkten Kontakt mit dem Dichtungskörper treten, und verhin dert, daß sich Verunreinigungen bilden, welche die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle für die elek trische Stromerzeugung vermindert; und
ein Polymer-Elektrolyt-Membranelement benachbart zum Abdichtungsabschnitt, wobei das Membranelement einen äußeren Abschnitt aufweist, der Abdichtungsabschnitt am Dichtungskörper und dem äußeren Abschnitt ange bracht ist, um jegliche Änderung in der Größe des Membranelements auszugleichen.1. Seal for sealing gases in a fuel cell, the seal comprising:
a sealing body having a top, bottom and at least one opening, the opening having an inside;
a sealing portion on the sealing body, the sealing portion being formed from a liquid rubber vulcanizate, the sealing portion being formed on the top and bottom and extending over the inside to form an integral seal, the sealing portion preventing the gases come into direct contact with the sealing body, and prevents contaminants from forming, which reduces the performance of the fuel cell for electrical power generation; and
a polymer electrolyte membrane element adjacent to the sealing portion, the membrane element having an outer portion, the sealing portion is attached to the sealing body and the outer portion to compensate for any change in the size of the membrane element.
einen Dichtungskörper, der eine Oberseite, eine Unter seite und mindestens eine Öffnung aufweist, wobei die Öffnung eine Innenseite aufweist,
eine Schicht aus einem Polymer-Elektrolyt-Element, das in der Öffnung angeordnet wird, und
eine Abdichtungsabschnitt auf dem Dichtungskörper,
wobei der Abdichtungsabschnitt aus einem flüssigen Gummivulkanisat bei niedrigem Druck gebildet wird,
wobei der Abdichtungsabschnitt sich vom Dichtungskör per zum Membranelement erstreckt, um das Membranele ment am Dichtungskörper zu sichern, um die Verunrei nigung des Membranelements während der Handhabung zu vermeiden.18. Seal for fuel cells with working gases, the seal comprising:
a sealing body which has an upper side, a lower side and at least one opening, the opening having an inner side,
a layer of a polymer electrolyte element which is arranged in the opening, and
a sealing section on the sealing body,
the sealing section being formed from a liquid rubber vulcanizate at low pressure,
wherein the sealing portion extends from the sealing body to the membrane element in order to secure the membrane element on the sealing body in order to avoid contamination of the membrane element during handling.
einen Dichtungskörper, der eine Oberseite, eine Unter seite und mindestens eine Öffnung aufweist, wobei die Öffnung eine Innenseite aufweist,
eine Schicht aus einem Polymer-Elektrolyt-Element, das in der Öffnung angeordnet wird, und
eine Abdichtungsabschnitt auf dem Dichtungskörper, wobei der Abdichtungsabschnitt aus einem flüssigen Gummivulkanisat gebildet wird, wobei der Abdichtungs abschnitt einen oberen Abschnitt auf der Oberseite, einen unteren Abschnitt auf der Unterseite und einen inneren Abschnitt auf der Innenseite aufweist, wobei der Abdichtungsabschnitt eine integral gebildete Abdichtung aufweist, die sich vom oberen Abschnitt über den inneren Abschnitt zum unteren Abschnitt erstreckt, wobei der Abdichtungsabschnitt verhindert, daß die Gase in direkten Kontakt mit dem Dichtungs körper treten und daß Verunreinigungen gebildet werden, welche die Leistungsfähigkeit der Brennstoff zelle für die elektrische Stromerzeugung vermindern.21. Seal for sealing gases within a fuel cell, the seal comprising:
a sealing body which has an upper side, a lower side and at least one opening, the opening having an inner side,
a layer of a polymer electrolyte element which is arranged in the opening, and
a sealing section on the sealing body, the sealing section being formed from a liquid rubber vulcanizate, the sealing section having an upper section on the top, a lower section on the underside and an inner section on the inside, the sealing section having an integrally formed seal , which extends from the upper section over the inner section to the lower section, the sealing section preventing the gases from coming into direct contact with the sealing body and from forming contaminants which reduce the efficiency of the fuel cell for electrical power generation.
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