JP2005026127A

JP2005026127A - 燃料電池用ガスケット部材及び燃料電池用ガスケットの装着方法

Info

Publication number: JP2005026127A
Application number: JP2003191586A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Inoue; 智広井上
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】簡便な作業により装着可能な燃料電池用ガスケット部材を提供する。
【解決手段】積層された燃料電池を構成する部材の間をシールするガスケット２と、ガスケット２を囲むようにガスケット２の外形より大きな開口部を有するフレーム３と、ガスケット２とフレーム３とを部分的に結合する結合部４と、を有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池用ガスケット部材及び燃料電池用ガスケットの装着方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、個体高分子型燃料電池では、水素、酸素（空気）、冷却水等の流体が使用されている。そのため、それぞれの流体を隔離するためにどのようなシールを用いるかは重要なポイントとなる。特に、燃料電池に用いられるセパレータには、焼成カーボン、樹脂含有カーボン、アモルファスカーボン等の非常に強度の低いプレートが用いられているため、従来使用されている反力の大きいＯリング、平面ガスケットを用いると、セパレータが破損する場合がある。
【０００３】
そこで、ガスケットの反力を低下させる方法として、特許文献１には、平面プレート状カーボン材の表面に施された加工溝に、断面形状が山形の液状ゴム硬化物よりなるガスケットを形成した燃料電池用カーボン材が開示されている。
【０００４】
また、システム上必要な電圧を得るために単セルを何段かくり返し重ねた燃料電池スタックが知られている。この場合、燃料電池スタックを小型にするためには、一つのセルをなるべく薄くする必要があり、セル間に固定されるガスケットの占めるスペース（断面積）をより小さくすることが求められる。一方、燃料電池の電流を大きくするためには、セルの面積を大きくする必要があり、ガスケットも周の長さが大きなものが必要となる。
【０００５】
しかし、図１２に示すように、断面積が小さく周の長さが大きいガスケット１００を用いる場合、その形状から、燃料電池スタックにガスケット１００を装着する際に、ガスケット１００の裏返し組付けやガスケット１００自身の捩れが発生し易く、装着にかなりの作業を必要としていた。
【０００６】
そこで、作業効率を向上させるものとして、ゴム状弾性材製のガスケット本体に貼着機能を有する樹脂フィルムを一体化し、樹脂フィルムを燃料電池用セパレータに貼り付けるガスケットが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１３３２８８号公報
【特許文献２】
特開２００３−０５６７０４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来技術の場合には、下記のような問題が生じていた。
【０００９】
すなわち、特許文献２に記載のガスケットでは、燃料電池にガスケットを組み込む場合、ガスケットと一体化された樹脂フィルムも当然に組み込まれるため、ガスケット本体だけでなく、樹脂フィルムについても高い耐久性が必要となる。そのため、樹脂フィルムのコストが増大し、ガスケット全体のコストが増大する要因となるばかりでなく、樹脂フィルムを相手取付部材に対して位置決めする作業も必要となる。
【００１０】
本発明は上記の従来技術の課題を鑑みなされたもので、その目的とするところは、簡便な作業により装着可能な燃料電池用ガスケット部材及び燃料電池用ガスケットの装着方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、燃料電池用ガスケット部材及び燃料電池用ガスケットの装着方法を低コストで提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る燃料電池用ガスケット部材にあっては、
積層された燃料電池を構成する部材の間をシールするガスケットと、
前記ガスケットを囲むように該ガスケットの外形より大きな開口部を有するフレームと、
前記ガスケットと前記フレームとを部分的に結合する結合部と、
を有することを特徴とする。
【００１３】
従って、ガスケットの外側に配置されたフレームにより結合部を介してガスケットの形状がある程度保持され、また、結合部を切断することでフレームを分離することができ簡便にガスケットの装着を行うことができる。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池用ガスケットの装着方法にあっては、
前記燃料電池用ガスケット部材を、燃料電池を構成する部材の所定の位置に配置する工程と、
前記ガスケットに前記部材と別の部材を積層し、前記ガスケットを挟む工程と、
前記結合部を切断しフレームを取り外す工程と、
を有することを特徴とする。
【００１５】
従って、ガスケットの外側に配置されたフレームにより結合部を介してガスケットの形状がある程度保持された状態で、ガスケットを燃料電池を構成する部材の所定の位置に簡便に配置することができ、ガスケットに前記部材と別の部材を積層する前又は後で結合部を切断しフレームを分離することができ、簡便にガスケットの装着を行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、以下の説明で一度説明した部材についての材質、形状などは、特に改めて記載しない限り初めの説明と同様のものである。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１〜図５を参照して第１の実施の形態に係るガスケット部材及びガスケットの装着方法について説明する。図１は、第１の実施の形態に係るガスケット部材の上面図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態に係るガスケット部材１は、積層された燃料電池を構成する部材の間をシールする四辺を有するガスケット２と、ガスケット２を囲むようにガスケット２の外形より大きな開口部を有するフレーム３と、ガスケット２とフレーム３とを部分的に結合する複数の結合部４と、を有する。
【００１９】
ガスケット２は、図２に示すように、その断面が三角形状ないし山形形状に形成されている。また、シールする２部材間の一方の部材に接する面２ａは、装着の際に接着しやすいように、あるいは載置しやすいように平坦である。また、三角形状ないし山形形状の凸部２ｂはシールする２部材間の他方の部材に対して押圧力が高くならないように先端が丸みをおびている。
【００２０】
ガスケット２の材質としては、例えば、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴム（ＶＭＱ）、ふっ素ゴム（ＦＫＭ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）等のゴム材料や樹脂材料から適宜選択され使用される。
【００２１】
フレーム３は、ガスケット２が撓んだり捻れたりして大きく変形しないように、ガスケット２を複数の結合部４により保持している。
【００２２】
フレーム３の材質は、フレーム３自身が燃料電池内に組み付けられることがなく、材質の劣化を考慮する必要がないため、特に限定されるものではなく、安価な材料を使用することができる。より好ましくは、ガスケット２が撓んだり捻れたりしない程度の剛性を備えていればよく、ガスケットを装着する際に取り扱い容易な程度にガスケットの形状を安定させ、後述するフレーム取り外し工程において破損しないものであればよい。例えば樹脂フィルムや金属の薄板等でもかまわない。
【００２３】
結合部４は、ガスケット２とフレーム３を結合する部分であるが、その数は、ガスケット２を保持するという観点から、２箇所以上設けることが好ましい。より好ましくは、ガスケット２とフレーム３の各辺ごとに設けるとよい。更に好ましくは、ガスケット２の屈曲部（本実施の形態では四隅）の近傍（後述するフレーム取り外し工程を考慮し、屈曲部先端を除く）に設けるとよい。その結果、ガスケット２が変形しやすい材料であっても、ガスケット２の撓みや捻れを抑制し、その外形を保持することができる。なお、本実施の形態では、結合部４とガスケット２は一体で成型されている。
【００２４】
次に、ガスケット２とフレーム３との結合の様子を説明する。本実施の形態では、図２に示すように、結合部４のガスケット２とは反対側の端部に設けられた接着面４ａに接着剤を塗布しフレーム３を接着させガスケット部材１を作製する。このようにフレーム３が結合部４を介してガスケット２を支持することで、ガスケット２が他の部材に装着されていない状態であっても変形しない、若しくは、変形を抑えることができる。また、ガスケット２を装着する際にガスケット自体に触れることなく作業を行うことができるため、ガスケット２が傷つくことが少なくなる。
【００２５】
なお、ガスケット２とフレーム３との結合は、上述の方法に限られるものではなく、金型内の所定の位置にフレーム３を配置し、ガスケットを構成する材料を用いてインジェクション成型、コンプレッション成型によりガスケット部材１を一体的に作製しても良い。
【００２６】
次に、燃料電池を構成する部材の一つであるセパレータ５にガスケット２を装着する方法について説明する。図３は、本実施の形態に係るガスケット部材をセパレータに取り付ける様子を示す要部断面図である。図４は、本実施の形態に係るガスケット部材からフレームを取り外す様子を示す要部断面図である。
【００２７】
図３に示すように、本実施の形態では、ガスケット部材１をセパレータ５の所定の位置に配置し、接着剤により固定する。この際、ガスケット２の外形が保持された状態で位置決めができるので簡便な作業によりガスケット部材１を装着することができる。また、セパレータ５の所定の位置にガスケット部材１を配置する方法として、燃料電池の組み立ての際のセパレータ５に対して常に位置が決まっている当接治具を設け、フレーム３の外縁部を当接させることで簡便にガスケット部材１を所定の位置に配置するようにしてもよい。このようにすれば、セパレータ５に位置決めのためだけに突起や溝等を設ける必要がなくなり、コストの低減に寄与する。
【００２８】
次に、図４に示すように、フレーム取り外し工程として、結合部４を切断し、フレーム３をガスケット２から取り外す。この際、フレーム３の取り外しは、結合部４を刃物等で切断するか、フレーム３を引っ張ることで結合部４の薄肉部で破断させてもよい。
【００２９】
なお、フレーム３の開口部は、ガスケット２が取り付けられるセパレータ５の取付面より大きいとよい。この場合、ガスケット部材１を、接着剤を用いずにセパレータ５と他の部材（例えば、電解質膜やセパレータ）で挟み固定した後であってもフレーム３を取り外すことができるため、より簡便な作業によりガスケット２を装着することができる。
【００３０】
（第２の実施の形態）
次に、セパレータや電解質膜等の燃料電池スタックに用いられる部材を複数積層する場合のガスケットの装着方法について図５、図６を参照して説明する。
【００３１】
図５に示すように、セパレータ５にガスケット部材１を固定したセパレータユニット６を作製し、更にセパレータユニット６を積層あるいはセパレータユニット６の間に電解質膜７を挟み、燃料電池スタックを作製している。又、セパレータ５と電解質膜７の間は、触媒及びガス拡散層８が充填され、ガスケット２でシールされている。そして、図６に示すように、燃料電池スタックからはみ出たフレーム３を一括で取り外すことで、簡便な作業によりガスケット２を装着することができる。このようなガスケット部材及びガスケットの装着方法は、特に複数のセパレータ５を積層する燃料電池スタックへのガスケット２の装着に好適に採用することができる。
【００３２】
（第３の実施の形態）
図７〜図９を参照して第３の実施の形態について説明する。図７は、第３の実施の形態に係るフレームの上面図である。図８は、第３の実施の形態に係るガスケット部材の上面図である。図９は、図８に示すＢ−Ｂ断面図である。
【００３３】
フレーム１３は、図７に示すように、複数の貫通孔１５を有する。貫通孔１５は、図８に示すように、結合部１４がフレーム１３の表面及び裏面を挟み込んだ状態で、結合部１４の一部が表面から裏面まで達するように設けられたものである。このようにすることで、結合部１４でのフレーム１３とガスケット１２との結合力をより高めることができる。
【００３４】
また、ガスケット１２とフレーム１３とを結合するために、金型内の所定の位置にフレーム１３を配置し、ガスケットを構成する材料を用いてインジェクション成型、コンプレッション成型によりガスケット部材１１を一体的に作製すれば、ガスケット１２とフレーム１３を結合部１４で結合するために接着剤を塗布する手間が省ける。
【００３５】
（第４の実施の形態）
図１０を参照して第４の実施の形態について説明する。図１０は、第４の実施の形態に係るガスケットとフレームとの結合部近傍の要部断面図である。
【００３６】
本実施の形態に係るガスケット部材２１は、第３の実施の形態に係るガスケット部材１１と比較して、結合部２４に薄肉部２５が設けられている点で異なる。そして、ガスケット部材２１からフレーム２３を切り離す場合には、結合部２４に設けられた薄肉部２５から切り離されるため、薄肉部２５が設けられていない場合と比較して弱い力でフレーム２３をガスケット２２より切り離すことができる。
【００３７】
（第５の実施の形態）
図１１を参照して第５の実施の形態について説明する。図１１は、第５の実施の形態に係るガスケット部材の上面図である。
【００３８】
本実施の形態に係るガスケット部材３１は、第１〜第４の実施の形態に係るガスケット部材と比較して、フレーム３３に切断部３５が設けられている点で異なる。そして、切断部３５があることで、フレーム３３を結合部３４においてガスケット部材３１より切り離した後、フレーム３３を燃料電池より取り外す際の作業性がよくなる。特に、積層段数の多い燃料電池スタックにガスケットを装着する場合においては、更に作業性の向上が図られる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡便な作業により装着可能な燃料電池用ガスケット部材及び燃料電池用ガスケットの装着方法を提供することができる。
【００４０】
また、本発明によれば、燃料電池用ガスケット部材及び燃料電池用ガスケットの装着方法を低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るガスケット部材の上面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係るガスケット部材をセパレータに取り付ける様子を示す要部断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係るガスケット部材からフレームを取り外す様子を示す要部断面図である。
【図５】第２の実施の形態に係るガスケット部材を複数のセパレータに取り付ける様子を示す要部断面図である。
【図６】第２の実施の形態に係るガスケット部材からフレームを取り外す様子を示す要部断面図である。
【図７】第３の実施の形態に係るフレームの上面図である。
【図８】第３の実施の形態に係るガスケット部材の上面図である。
【図９】図８に示すＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】第４の実施の形態に係るガスケットとフレームとの結合部近傍の要部断面図である。
【図１１】第５の実施の形態に係るガスケット部材の上面図である。
【図１２】従来のガスケットの上面図である。
【符号の説明】
１、１１、２１、３１ガスケット部材
２、１２、２２、３２、１００ガスケット
３、１３、２３、３３フレーム
４、１４、２４、３４結合部
５セパレータ
６セパレータユニット
７電解質膜
１４結合部
１５貫通孔
２５薄肉部
３５切断部

Claims

積層された燃料電池を構成する部材の間をシールするガスケットと、
前記ガスケットを囲むように該ガスケットの外形より大きな開口部を有するフレームと、
前記ガスケットと前記フレームとを部分的に結合する結合部と、
を有することを特徴とする燃料電池用ガスケット部材。
請求項１に記載の燃料電池用ガスケット部材を、燃料電池を構成する部材の所定の位置に配置する工程と、
前記ガスケットに前記部材と別の部材を積層し、前記ガスケットを挟む工程と、
前記結合部を切断しフレームを取り外す工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用ガスケットの装着方法。