JP2003229145A - 燃料電池用ガスケット - Google Patents

燃料電池用ガスケット

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JP2003229145A
JP2003229145A JP2002027602A JP2002027602A JP2003229145A JP 2003229145 A JP2003229145 A JP 2003229145A JP 2002027602 A JP2002027602 A JP 2002027602A JP 2002027602 A JP2002027602 A JP 2002027602A JP 2003229145 A JP2003229145 A JP 2003229145A
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JP
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gasket
cross
fuel cell
relatively
reaction force
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JP2002027602A
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Tomohiro Inoue
智広 井上
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Nok Corp
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Nok Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セパレータ2間にガスケット3を配置すると
ともにセパレータ2をボルト等の締結手段で締め付ける
ことにより組み立てられる燃料電池に用いられるガスケ
ット3において、セパレータ2に反りが発生するのを抑
えることができ、もってシール性を向上させることがで
きる燃料電池用ガスケット3を提供する。 【解決手段】 ガスケット3の断面形状を、締結手段に
よる締付け部の比較的近くで反力が比較的大きい断面形
状とするとともに、締付け部の比較的遠くで反力が比較
的小さくピーク面圧が比較的大きい断面形状とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の構成要
素をなす燃料電池用ガスケットに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4に示すように、燃料電池51を組み
立てる場合には、多数のセパレータ52を重ね合わせて
ボルト53等で締め付けている。セパレータ52の間に
は、燃料や冷却水等をシールするためのガスケット54
が挟み込まれており、すなわちセパレータ52とガスケ
ット54とがサンドイッチ構造を呈している。
【0003】しかしながら、この構造によると、平板で
あるセパレータ52を重ね合わせているために、ボルト
53の配置によってはセパレータ52に反りが発生する
場合があり、セパレータ52に反りが発生するとその間
のガスケット54のシール性が悪化し、燃料や冷却水等
が漏れる可能性が増大する。図では、ボルト締結部の比
較的近くの部分(A−A部)の厚さをL、比較的遠く
の部分(B−B部)の厚さをLとして、この厚さの差
の分(L−L)の反りが発生している。従来はこの
反りを抑えるためにボルト位置に工夫を凝らしている
が、未だ完全にはこの問題を解決するには至っていな
い。
【0004】また、特開2001−167745号公報
に掲載されているように、皿ばねやスプリング等の弾性
部品を用いてセパレータの反りを抑える方法も開発され
ているが、この方法によると上記皿ばね等の弾性部品や
これを組み込むための複雑な構造が追加で必要となるた
めに、コストを低減することができないと云う不都合が
ある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の点に鑑
みて、上記皿ばね等の弾性部品を用いなくてもセパレー
タに反りが発生するのを抑えることができ、もってシー
ル性を向上させることができる燃料電池用ガスケットを
提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項1による燃料電池用ガスケットは、
セパレータ間にガスケットを配置するとともに前記セパ
レータをボルト等の締結手段で締め付けることによって
組み立てられる燃料電池に用いられるガスケットにおい
て、前記ガスケットの形状を、前記締結手段による締付
け部の比較的近くで反力が比較的大きい断面形状とする
とともに、前記締付け部の比較的遠くで反力が比較的小
さくピーク面圧が比較的大きい断面形状としたことを特
徴とするものである。
【0007】また、本発明の請求項2によるガスケット
は、上記した請求項1の燃料電池用ガスケットにおい
て、ガスケットにおける相手接触部の形状を、締付け部
の比較的近くで平坦なシール面をもつ断面四角形ないし
略四角形とするとともに、前記締付け部の比較的遠くで
平坦面をもたない断面三角形ないし略三角形としたこと
を特徴とするものである。
【0008】上記従来のガスケットにおいて、スタック
をボルトで締め付けたときにセパレータに大きな反りが
発生していたのは、ボルト締付け部の近くの部分と遠く
の部分とで締付け力の大きさに違いが生じるのに対し
て、ガスケットの反力の大きさが一定とされていたから
である。
【0009】これに対して、上記構成を備えた本発明の
請求項1によるガスケットにおいては、その形状が、締
結手段による締付け部の比較的近くの部分で反力が比較
的大きい断面形状とされるとともに、締付け部の比較的
遠くの部分で反力が比較的小さい断面形状とされている
ために、締付け力が大きな部分では反力が大きく設定さ
れるとともに、締付け力が小さな部分では反力が小さく
設定される。
【0010】これに相応しいガスケットの形状として
は、請求項2に記載したように、ガスケットにおける相
手接触部の形状を、締付け部の比較的近くの部分で平坦
なシール面をもつ断面四角形ないし略四角形とするとと
もに、締付け部の比較的遠くの部分で平坦面をもたない
断面三角形ないし略三角形とするのが好適である。
【0011】また、上記本発明の請求項1によるガスケ
ットにおいては併せて、ガスケットの形状が締付け部の
比較的遠くでピーク面圧が比較的大きい断面形状とされ
ているために、この部分では反力が比較的小さくても、
相手材に対する接触面圧が大きく設定される。
【0012】尚、本件出願には、以下の技術的事項が含
まれる。
【0013】すなわち、上記目的を達成するため、本件
出願が提案する一のガスケットは以下の内容を備えてい
る。
【0014】 プレートの反りを考慮したガスケット
の断面形状。 プレートの反りが大きい部分には、反力が小さくピ
ーク面圧の大きい断面形状のガスケットを設置し、プレ
ートの締付け部の近くは、比較的反力の大きい断面形状
のガスケットを設置する。 ラバーオンリーの場合や、セパレータ一体型ガスケ
ットや、膜一体型ガスケットに使用可能である。 セパレータは、金属、樹脂、カーボンどの材質でも
使用可能である。
【0015】 プレートが最も反り易い部分のガスケ
ット形状と、ボルトに近く締付け力が最も伝達されてい
る部分のガスケット断面形状に違いをもたせる。
【0016】 プレートが最も反る部分のガスケット
は、反力が小さく、面圧ピークが大きい断面形状を選択
する。反力が小さいために締付け力は最小限で良いが、
一方面圧ピークが大きいために流体が漏れにくい。例え
ば断面形状を、より三角形に近くする。また、ボルトに
近く締付け力が最も伝達されている部分のガスケット断
面形状は、比較的反力が大きくなるようにする。
【0017】 ボルトから離れた部分のガスケット断
面形状を部分的にまたは連続的に変更して、略三角形と
することにより、ガスケットの反力を低くすることが可
能である。これにより、フレートの反りを抑えることが
できる。また、ガスケットのシール性も維持し、ガス等
の流体の漏れを防ぐことが可能である。また、皿ばね等
の部品を付ける必要がない。
【0018】 セパレータを積層して締め付ける際に
最も反りの大きいと思われる部分のガスケットの形状
を、反力が小さく、面圧ピークが大きいような形状に設
計する。
【0019】 スタックの中心付近は、反応面である
ためボルトを貫通させることは不可能である。従来技術
ではガスケットの反力によって、セパレータおよびエン
ドプレートに反りが発生していた。本発明においては、
中心付近のガスケットの断面形状を部分的に断面三角形
ないし略三角形に変更したことによって、反力が低くな
り、プレートの反りを抑えることができる。尚、ガスケ
ットの断面形状は、成形する金型の掘り込み形状によっ
て決定することができるので、ガスケット断面形状を部
分的に変更することも可能であるし、連続的に変化させ
ることも可能である。断面形状は略三角形にこだわら
ず、反力が低減できるような任意の形状に設計すること
も可能である。
【0020】
【発明の実施の形態】つぎに本発明の実施例を図面にし
たがって説明する。
【0021】図1は、本発明の実施例に係るガスケット
3を組み付けた燃料電池1を示しており、この燃料電池
1は以下のように構成されている。
【0022】すなわち先ず、多数のセパレータ2が重ね
合わせて設けられており、このセパレータ2の間にガス
ケット3が配置されるとともに上下両端にエンドプレー
ト4が配置されて、これらの構成要素がボルト5および
ナット6よりなる締結手段によって締付け固定されてい
る。
【0023】セパレータ2は、金属、樹脂またはカーボ
ン等によってプレート状に形成されており、その厚さは
一般に0.1〜3mm程度とされている。
【0024】ガスケット3は、シリコーンゴム、EPD
M、フッ素ゴムまたはブチルゴム等のゴム状弾性体によ
って成形されており、その厚さ(高さ)は一般に0.2
〜2mm程度とされている。このガスケット3はセパレ
ータ2に対して一体成形または成形後の接着等により一
体化されているが、ゴム単体のものをセパレータ2に組
み付けるものであっても良い。
【0025】また、このガスケット3は、その断面形状
が、ボルト締付け部の比較的近くの部分(A−A部)に
おいて、図2(A)に示すように反力が比較的大きい断
面台形等の断面四角形ないし略四角形状とされており、
またボルト締付け部の比較的遠くの部分(B−B部)に
おいて、図2(B)に示すように反力が比較的小さくピ
ーク面圧が比較的大きい断面山形等の断面三角形ないし
略三角形状とされている。
【0026】また、図2(A)において、ガスケット3
の相手接触部3aの形状は、平坦なシール面3bをもつ
断面四角形ないし略四角形状とされており、図2(B)
において、ガスケット3の相手接触部4aの形状は、平
坦面をもたない断面三角形ないし略三角形状とされてい
る。
【0027】上記構成のガスケット3においては、その
断面形状が、ボルト締付け部の比較的近くの部分(A−
A部)で反力が比較的大きい断面台形等の断面四角形な
いし略四角形状とされるとともに、ボルト締付け部の比
較的遠くの部分(B−B部)で反力が比較的小さい断面
山形等の断面三角形ないし略三角形状とされているため
に、ボルト5による締付け力が比較的大きな部分では反
力が比較的大きく設定されるとともに、締付け力が比較
的小さな部分では反力が比較的小さく設定されることに
なる。したがって、図3のグラフ図からも判るように、
総じてガスケット3の弾性変形量が均一化されるか、少
なくとも従来より変形量の差が縮小される結果となり、
これによりセパレータ2に大きな反りが発生するのを防
止することができる。ガスケット3の断面形状は、ボル
ト締付け部の比較的近くの部分(A−A部)と比較的遠
くの部分(B−B部)との中間位置で切り替えられる
が、断面台形等の断面四角形ないし略四角形から断面山
形等の断面三角形ないし略三角形へと断面形状が徐々に
変更されるようにしても良い。
【0028】また、上記構成のガスケット3においては
併せて、その断面形状がボルト締付け部の比較的遠くの
部分(B−B部)でピーク面圧が比較的大きい断面山形
等の断面三角形ないし略三角形状とされているために、
相手材に対する接触面圧が比較的大きく設定される。し
たがって、上記したように締付け力が比較的小さくて
も、必要とされるシール性を確保することができる。
【0029】
【発明の効果】本発明は、以下の効果を奏する。
【0030】すなわち、上記構成を備えた本発明の請求
項1または2によるガスケットにおいては、ボルト等の
締結手段による締付け力が大きな部分ではガスケットの
反力が大きく設定されるとともに、締付け力が小さな部
分では反力が小さく設定されるために、ガスケットの弾
性変形量が均一化され、少なくとも従来より変形量の差
が縮小される。したがって、皿ばね等の弾性部品を用い
なくても、ガスケットを挟み込むセパレータに大きな反
りが発生するのを防止することができる。またガスケッ
トの断面形状が締付け部の比較的遠くでピーク面圧が比
較的大きい断面形状とされているために、相手材に対す
る接触面圧が大きく設定される。したがって、締付け力
が比較的小さい部分であっても、必要とされるシール性
を確保することができ、総じてガスケットのシール姿勢
が安定化するために、シール性能を向上させることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るガスケットを組み付けた
燃料電池の正面図
【図2】同ガスケットの断面図であって、(A)は図1
A−A部におけるガスケットの断面図、(B)は図1B
−B部におけるガスケットの断面図
【図3】ガスケットつぶし量とガスケット反力の関係を
示すグラフ図
【図4】従来例に係るガスケットを組み付けた燃料電池
の正面図
【符号の説明】
1 燃料電池 2 セパレータ 3 ガスケット 3a 相手接触面 3b 平坦なシール面 4 エンドプレート 5 ボルト 6 ナット

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セパレータ(2)間にガスケット(3)
    を配置するとともに前記セパレータ(2)をボルト
    (5)等の締結手段で締め付けることによって組み立て
    られる燃料電池(1)に用いられるガスケット(3)に
    おいて、 前記ガスケット(3)の形状を、前記締結手段による締
    付け部の比較的近くで反力が比較的大きい断面形状とす
    るとともに、前記締付け部の比較的遠くで反力が比較的
    小さくピーク面圧が比較的大きい断面形状としたことを
    特徴とする燃料電池用ガスケット。
  2. 【請求項2】 請求項1の燃料電池用ガスケットにおい
    て、 ガスケット(3)における相手接触部(3a)の形状
    を、締付け部の比較的近くで平坦なシール面(3b)を
    もつ断面四角形ないし略四角形とするとともに、前記締
    付け部の比較的遠くで平坦面をもたない断面三角形ない
    し略三角形としたことを特徴とする燃料電池用ガスケッ
    ト。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005166508A (ja) * 2003-12-03 2005-06-23 Uchiyama Mfg Corp 燃料電池用ガスケット
JP2006032041A (ja) * 2004-07-14 2006-02-02 Toyota Motor Corp 燃料電池、その製造方法、及びセパレータ
US7674550B2 (en) 2003-05-08 2010-03-09 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell
JP2019021466A (ja) * 2017-07-14 2019-02-07 本田技研工業株式会社 燃料電池用セパレータ及び発電セル

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