JP2004039341A - 燃料電池用ガスケット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セパレータ6、ガス拡散層または高分子電解質膜電極複合体等の燃料電池用構成部品に密接して密封流体をシールする燃料電池用ガスケット1において、密封流体側へ倒れ込んだ形状を備えるとともに密封流体の圧力を受けて相手シール面6aに押し付けられるシールリップ5を有している。
【選択図】 図3
Description
【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】
燃料電池は、セルを多数積層(多いときは数百枚)したスタック構造であるので、その分、ガスケットも多数が積層される。したがってガスケット1つ1つの高さ寸法が少しでも大きいと、燃料電池全体の大きさにかなりの影響を及ぼすために、燃料電池用ガスケットには薄さ(薄肉化)が要求されている。
【0003】
従来から、図9に示すようなビードタイプの倒れ込みのないガスケット51が使用されているが、相手シール面52であるセパレータ等の寸法精度や平面度が余り良くないので、これに追随させてシール性を維持するためにガスケット51はそのつぶし率が比較的大きく設定されている。
【0004】
しかしながら、このようにガスケット51のつぶし率が大きく設定されると、必然的にガスケット51の高さ寸法hが大きく形成されるため、これがガスケット51の薄肉化を妨げている。
【0005】
また、ガスケット51のつぶし率が大きく設定されると、ガスケット51の反力が大きくなるため、スタック組立時に大きな組付力が必要とされる(多数のガスケット51を圧縮しなければならないため)。したがって従来は、ガスケット51の反力を小さく抑えるようガスケット51のゴム材質を低反力を満足する低硬度材(HS20〜50°)に限って使用しており、よって材質選定の自由度が小さいと云う不都合がある。また、低硬度材のゴムには一般にヘタリが生じ易いと云う不都合もある。
【0006】
更に、ガスケット51の反力を小さく抑えるようガスケット51のビード53の幅寸法wを小さく形成すると、燃料である水素がビード53を透過し易くなるために、系の発電効率が低下したり、滞留した水素への引火の危険率が高まったりする不都合がある。
【0007】
【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、燃料電池用ガスケットのつぶし率を比較的小さく設定することができ、もってガスケットの高さ寸法を小さく形成することが可能であってガスケットを薄肉化す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。
【0008】
また、燃料電池用ガスケットのつぶし率を比較的小さく設定することができ、もってガスケットに発生する反力を小さく抑えることが可能であって組付力を小さくし、ゴム材質選定の自由度を拡大す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。
【0009】
また、燃料水素がガスケットを透過しにくく、もって系の発電効率が低下したり、滞留した水素への引火の危険率が高まったりすることがない燃料電池用ガスケットを提供することを目的とする。
【0010】
【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によるガスケットは、セパレータ、ガス拡散層または高分子電解質膜電極複合体等の燃料電池用構成部品に密接して密封流体をシールする燃料電池用ガスケットにおいて、前記密封流体側へ倒れ込んだ形状を備えるとともに前記密封流体の圧力を受けて相手シール面に押し付けられるシールリップを有することを特徴とするものである。
【0011】
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、シールリップがその成形時から予め倒れ込んだ形状に成形されていることを特徴とするものである。
【0012】
また、本発明の請求項3によるガスケットは、上記した請求項1または2の燃料電池用ガスケットにおいて、シールリップの内面に密封流体圧力を作用させるためのスリットが設けられていることを特徴とするものである。
【0013】
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、上記従来技術におけるシールビードに代えて、燃料水素等の密封流体側へ倒れ込んだ形状を備えるとともに密封流体の圧力を受けて相手シール面に押し付けられるシールリップが設けられている。燃料電池には通常0.2〜0.3MPa、最大1MPa近くの内圧が発生するため、上記構成にすることにより、内圧がシールリップを相手シール面に押し付け、シールリップにセルフシール作用を発揮させる。
【0014】
したがって、このシール法により、相手シール面の寸法精度や平面度が余り良くなくてもシールリップが追随可能となるため、上記従来技術のようにガスケットのつぶし率を大きく設定する必要がない。したがってガスケットの高さ寸法を大きく形成する必要がなく、よってガスケットの薄肉化を実現することが可能となる。
【0015】
また、リップが倒れ込んだ形状を備えていて、発生する反力が小さく抑えられために、スタック組立時に必要とされる組付力を小さく抑えることが可能となり、ガスケットに使用するゴム材も低硬度材に限らず、例えばHs70°程度の高硬度ゴム材を用いることが可能となり、ヘタリの問題もこれを解消することが可能となる。また、ガス透過性に優れたゴム材料や耐酸性に優れたゴム材料等を用いる等、ゴム材質選定の自由度を拡大することが可能となる。
【0016】
また、シールリップが内圧により相手シール面に押し付けられるために、このリップの長さを調整することにより相手シール面への接触幅を確保することが可能となり、よって従来技術のように反力を増大させることなく水素の透過を少なく抑えることが可能となる。
【0017】
上記構成を備えた本発明の請求項1によるシールリップは、請求項2に記載したように、その成形時から予め倒れ込んだ形状に成形されるのが好ましく、このようにシールリップがその成形時から予め倒れ込んだ形状に成形されると、つぶし率を一層低減させることが可能となる。
【0018】
また、倒れ込んだシールリップの内面に密封流体圧力を作用させにくい場合には、請求項3に記載したように、シールリップの内面に密封流体圧力を作用させるためのスリットを設けるのが好ましく、このようにスリットを設けると、密封流体圧力がこのスリットに進入してシールリップの内面に作用する。
【0019】
ガスケットの材質としては、耐薬品性および耐熱性を備えたシリコーンゴム、フッ素ゴムまたはEPDMなどが好適である。
【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】
第一実施例・・・
図1は、本発明の第一実施例に係る燃料電池用ガスケット1の断面を示している。また、図2は同ガスケット1の一部切欠した要部斜視図、図3は同ガスケット1の組付後(スタック組立後)の状態の断面をそれぞれ示している。当該ガスケット1は以下のように構成されている。
【0022】
すなわち先ず、当該ガスケット1を取り付ける取付部材としての一のセパレータ2が設けられており、このセパレータ2の一面2aに当該ガスケット1が一体成形、接着剤による接着、加硫接着または嵌着等の取付手段によって取り付けられている。
【0023】
ガスケット1は、所定のゴム状弾性体により成形されて、セパレータ2の一面2aに設けた取付溝3内に配置された比較的幅広の基部(取付部とも称する)4と、この基部4に一体成形されたシールリップ5とを一体に有しており、このシールリップ5が、密封流体側(図上右側)へ倒れ込んだ図上左右非対称の形状を備えるとともに、その内面5aにおいて密封流体の圧力を受けて、その外面5bにおいて接触の相手方である他のセパレータ6の相手シール面6aに押し付けられるように形成されている。ガスケット1の密封流体側はガスケット1の内圧側であってすなわちガスケット1の内側である。また、このシールリップ5は、図1および図2に示したように、その成形時から予めガスケット1の密封流体側へ倒れ込んだ形状に成形されている。
【0024】
また、図3に示したように、スタック組立後、このシールリップ5は更に密封流体側へ倒れ込んでその内面5aを基部4に接触させるが、この状態においてもなお、シールリップ5の内面5aに密封流体圧力Pを作用させてシールリップ5を相手シール面6aに押し付けることができるように、スリット7が基部4の表面部に所要数設けられている。スリット7はそれぞれ、基部4の上面4aと密封流体側端面4bに開口している。
【0025】
第二実施例・・・
図4は、本発明の第二実施例に係る燃料電池用ガスケット1の断面を示している。また、図5は同ガスケット1の一部切欠した要部斜視図、図6は同ガスケット1の組付後(スタック組立後)の状態の断面をそれぞれ示している。当該ガスケット1は以下のように構成されている。
【0026】
すなわち先ず、当該ガスケット1を取り付ける取付部材としての一のセパレータ2が設けられており、このセパレータ2の一面2aに当該ガスケット1が一体成形、接着剤による接着、加硫接着または嵌着等の取付手段によって取り付けられている。
【0027】
ガスケット1は、所定のゴム状弾性体により成形されて、セパレータ2の一面2aに設けた取付溝3内に配置された比較的幅狭の基部(取付部とも称する)4と、この基部4に一体成形されたシールリップ5とを一体に有しており、このシールリップ5が、密封流体側(図上右側)へ倒れ込んだ図上左右非対称の形状を備えるとともに、その内面5aにおいて密封流体の圧力を受けて、その外面5bにおいて接触の相手方である他のセパレータ6の相手シール面6aに押し付けられるように形成されている。ガスケット1の密封流体側はガスケット1の内圧側であってすなわちガスケット1の内側である。また、このシールリップ5は、図4および図5に示したように、その成形時から予めガスケット1の密封流体側へ倒れ込んだ形状に成形されている。
【0028】
また、図6に示したように、スタック組立後、このシールリップ5は更に密封流体側へ倒れ込んでその先端部5cをセパレータ2に接触させるが、この状態においてもなお、シールリップ5の内側空間8に密封流体圧力Pを導入し、シールリップ5の内面5aに密封流体圧力Pを作用させてシールリップ5を相手シール面6aに押し付けることができるように、スリット7が先端部5cに所要数設けられている。スリット7はそれぞれ、先端部5cにおいて内面5a側と外面5b側に開口している。
【0029】
第三実施例・・・
図7は、本発明の第三実施例に係る燃料電池用ガスケット1の断面を示している。また、図8は同ガスケット1の組付後(スタック組立後)の状態の断面を示している。当該ガスケット1は以下のように構成されている。
【0030】
すなわち先ず、当該ガスケット1を取り付ける取付部材としての高分子電解質膜電極複合体9が設けられており、この複合体9の端部9aにガスケット1が一体成形、接着剤による接着、加硫接着または嵌着等の取付手段によって取り付けられている。
【0031】
ガスケット1は、所定のゴム状弾性体により成形されて、複合体9の端部9aに固定された基部(取付部とも称する)4と、この基部4に一体成形された図上上下一対のシールリップ5とを一体に有しており、このシールリップ5がそれぞれ、密封流体側(図上右側)へ倒れ込んだ図上左右非対称の形状を備えるとともに、その内面5aにおいて密封流体の圧力を受けて、その外面5bにおいて接触の相手方であるセパレータ10の相手シール面10aに押し付けられるように形成されている。ガスケット1の密封流体側はガスケット1の内圧側であってすなわちガスケット1の内側である。また、このシールリップ5は、図7に示したように、その成形時から予めガスケット1の密封流体側へ倒れ込んだ形状に成形されている。
【0032】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
【0033】
すなわち、上記構成を備えた本発明の請求項1による燃料電池用ガスケットにおいては、シールリップが密封流体側へ倒れ込んだ形状を備えて自己シール作用を発揮するように形成されているために、ガスケットのつぶし率を比較的小さく設定することが可能とされている。したがって、ガスケットの高さ寸法を比較的小さく形成することが可能であって、ガスケットの薄肉化を実現し、燃料電池スタックを小型化することができる。
【0034】
また、シールリップが倒れ込んだ形状を備えていて、発生する反力が小さく抑えられるために、スタック組立時に必要とされる組付力を小さく抑え、ゴム材質選定の自由度を拡大し、ヘタリの問題を解消することができる。
【0035】
また、相手シール面に押し付けられるシールリップの長さを調整することにより相手シール面への接触幅を広く確保することが可能であるために、燃料水素が透過するのを抑え、系の発電効率が低下したり、滞留した水素への引火の危険率が高まったりするのを防止することができる。
【0036】
加えて、上記構成を備えた本発明の請求項2による燃料電池用ガスケットによれば、シールリップがその成形時から予め倒れ込んだ形状に成形されているために、つぶし率を一層低減させることができ、上記諸効果を一層拡大することができる。
【0037】
また、上記構成を備えた本発明の請求項3による燃料電池用ガスケットによれば、シールリップの内面に密封流体圧力を作用させるためのスリットが設けられているために、シールリップの内面に密封流体圧力を作用させにくい状況であっても、これを作用させることができ、上記自己シール作用を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例に係る燃料電池用ガスケットの断面図
【図2】同ガスケットの一部切欠した要部斜視図
【図3】同ガスケットの組付後(スタック組立後)の状態を示す断面図
【図4】本発明の第二実施例に係る燃料電池用ガスケットの断面図
【図5】同ガスケットの一部切欠した要部斜視図
【図6】同ガスケットの組付後(スタック組立後)の状態を示す断面図
【図7】本発明の第三実施例に係る燃料電池用ガスケットの断面図
【図8】同ガスケットの組付後(スタック組立後)の状態を示す断面図
【図9】従来例に係る燃料電池用ガスケットの断面図
【符号の説明】
1 燃料電池用ガスケット
2 セパレータ(取付部材)
2a 一面
3 取付溝
4 基部
5 シールリップ
5a 内面
5b 外面
5c 先端部
6,10 セパレータ(接触相手部材)
6a,10a 相手シール面
7 スリット
8 内側空間
9 高分子電解質膜電極複合体
9a 端部
Claims (3)
- セパレータ、ガス拡散層または高分子電解質膜電極複合体等の燃料電池用構成部品に密接して密封流体をシールする燃料電池用ガスケットにおいて、
前記密封流体側へ倒れ込んだ形状を備えるとともに前記密封流体の圧力を受けて相手シール面に押し付けられるシールリップを有することを特徴とする燃料電池用ガスケット。 - 請求項1の燃料電池用ガスケットにおいて、
シールリップがその成形時から予め倒れ込んだ形状に成形されていることを特徴とする燃料電池用ガスケット。 - 請求項1または2の燃料電池用ガスケットにおいて、
シールリップの内面に密封流体圧力を作用させるためのスリットが設けられていることを特徴とする燃料電池用ガスケット。
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