JP2005108565A - Sealing structure for fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low reaction force gasket acting no unreasonable bending moment to a plate-like body for a fuel cell while falling of a bead part caused by internal pressure such as gas pressure is prevented and damage of sealing property caused by falling is prevented. <P>SOLUTION: Sealing structure for the fuel cell is constituted by interposing a rubber gasket 13 sealing gaps between facing plate-like bodies 2 of a plurality of plate-like bodies constituting a cell, the cross section of the gasket 13 is formed in a mountain shape having a thin wide base part 13B fixed to one plate-like body 2 of the facing plate-like bodies 2 and a bead part 13A projecting to the other plate-like body 2 in the middle part in the width direction of the base part 13B, and a catching part 2U catching a tip part a of the bead part 13A displaced by falling from the side is formed in the other plate-like body 2. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池用シール構造に係り、詳しくは、セルを構成する複数の板状体のうちの対向するものどうしの間に、これら両板状体どうしの間をシールすべく弾性材製のガスケットを介装してある燃料電池用シール構造に関するものである。   The present invention relates to a seal structure for a fuel cell, and more specifically, made of an elastic material to seal between two plate-like bodies between a plurality of plate-like bodies constituting a cell. The present invention relates to a fuel cell seal structure having a gasket interposed therebetween.

固体高分子型燃料電池は、平板状の電極構造体の両側にセパレータが積層されたものが一つのセル、即ち単位セルとなり、複数の単位セルを積層して燃料電池のスタックとして構成されている。電極構造体は、正極側の電極触媒層（カソード）と、負極側の電極触媒層（アノード）との間に高分子の電解質膜（高分子電極膜）が挟まれ、各電極触媒層の外側にガス拡散層が配置された積層体である。セパレータは電子伝達機能を有する材料から成るもので、電極構造体への対向面にはガス通路が形成され、少なくとも一方のセパレータの表面には冷媒通路が形成されている。   In a polymer electrolyte fuel cell, a flat electrode structure in which separators are stacked on both sides is a single cell, that is, a unit cell, and a plurality of unit cells are stacked to form a fuel cell stack. . In the electrode structure, a polymer electrolyte membrane (polymer electrode membrane) is sandwiched between an electrode catalyst layer (cathode) on the positive electrode side and an electrode catalyst layer (anode) on the negative electrode side, and the outside of each electrode catalyst layer. Is a laminate in which a gas diffusion layer is disposed. The separator is made of a material having an electron transfer function. A gas passage is formed on the surface facing the electrode structure, and a refrigerant passage is formed on the surface of at least one of the separators.

これら通路はいずれも溝状であって、ガス通路には燃料ガスである水素ガスと酸素や空気等の酸化剤ガスが夫々独立して流され、冷媒通路には水或いはエチレングリコール等の冷媒が流される。セパレータは、各ガス通路間の突起部がガス拡散層に接触する状態で電極構造体に積層される。そして、それらガスがセル外に漏れ出ることを防止するためのガスケットが装備されている。即ち、セパレータや電解質膜等の、セルを構成すべく積層配備される板状体は、それらの周囲において対向する板状体との間にガスケットを介装させてシールすることが行われている。   Each of these passages has a groove shape, and hydrogen gas as a fuel gas and an oxidant gas such as oxygen or air are independently flowed through the gas passage, and a coolant such as water or ethylene glycol flows through the coolant passage. Washed away. The separator is laminated on the electrode structure in a state in which the protrusions between the gas passages are in contact with the gas diffusion layer. And the gasket for preventing that gas leaks out of a cell is equipped. That is, a plate-like body, such as a separator or an electrolyte membrane, that is stacked and arranged to constitute a cell is sealed with a gasket interposed between the plate-like bodies facing each other around the plate-like body. .

このように対向する板状体どうしの間にガスケットを有したもの、例えば、セパレータと電解質膜との間にガスケットを介装させた燃料電池用シール構造としては、特許文献１において開示されたものが知られており、隣合うセパレータどうしの間にガスケットを介装させた燃料電池用シール構造としては、特許文献２において開示されたものが知られている。また、特許文献３に開示されたガスケットや、特許文献４に開示された燃料電池のシール構造も知られている。
特開２００３−１７０９３号公報 特開平９−２８９０２９号公報（特に、図１０や図１１を参照） 特開２００３−５６７０４号公報 特開２００２−４２８３７号公報（特許３４００４１５） Such a fuel cell sealing structure having a gasket between opposing plate-like bodies, for example, a gasket interposed between a separator and an electrolyte membrane, is disclosed in Patent Document 1. As a fuel cell sealing structure in which a gasket is interposed between adjacent separators, the one disclosed in Patent Document 2 is known. Further, a gasket disclosed in Patent Document 3 and a fuel cell seal structure disclosed in Patent Document 4 are also known.
JP 2003-17093 A Japanese Patent Laid-Open No. 9-289029 (refer to FIGS. 10 and 11 in particular) JP 2003-56704 A JP 2002-42837 A (Patent 3400415)

燃料電池のセルを構成する電解質膜等の板状体は、その面積の割には厚さが薄く、また材料面からも剛性には乏しいという性質を有している。そのため、板状体は、これの周囲部に配される弾性材製ガスケットの存在により、セルスタックとして組付けると、少なからず曲げモーメントを受けることになり、それによって曲げ変形し易いという問題がある。   A plate-like body such as an electrolyte membrane that constitutes a cell of a fuel cell has a property that the thickness is thin relative to the area, and the rigidity is poor in terms of material. For this reason, the plate-like body is subject to a bending moment when it is assembled as a cell stack due to the presence of an elastic material gasket arranged around the periphery of the plate-like body. .

そこで、ガスケットの存在に起因した曲げモーメントを軽減すべく、ガスケットの押圧力を低くすること、所謂「低反力型」ガスケットが試された。例えば、ガスケット材料であるゴムのバネ定数を下げるべく、図９に示すように、ガスケット２１の断面形状を、一対の板状体２２のうちの一方の板状体２２に固着支持される薄肉幅広状のベース部ｃから突出するビード部ａの幅寸法を狭くすることが考えられた。つまり、図９に示す従来の一般的なガスケット３１の断面形状（仮想線）に比べて、ビード部ａの幅だけを狭くしたのである。   Therefore, in order to reduce the bending moment due to the presence of the gasket, a so-called “low reaction force” gasket has been tried to reduce the pressing force of the gasket. For example, in order to lower the spring constant of rubber, which is a gasket material, as shown in FIG. 9, the cross-sectional shape of the gasket 21 is thinly wide and fixedly supported by one plate-like body 22 of a pair of plate-like bodies 22. It has been considered to narrow the width dimension of the bead portion a protruding from the base portion c. In other words, only the width of the bead portion a is made narrower than the cross-sectional shape (imaginary line) of the conventional general gasket 31 shown in FIG.

これにより、ガスケットの圧縮変形量は変えることなく、弾性材の圧縮による反力を軽減することはできたのである。しかしながら、多数の板状体２２を締付けての燃料電池としての組付け状態において、図１０に示すように、ガス圧等による内圧がガスケット２１に矢印のように作用すると、その幅の細くなったビード部ａの先端部が、仮想線で示すように倒れ変位し易くなり、その結果、反力が少なくなり過ぎてシール性が損なわれるという新たな問題が生じる。   Thus, the reaction force due to the compression of the elastic material could be reduced without changing the compression deformation amount of the gasket. However, in an assembled state as a fuel cell with a large number of plate-like bodies 22 tightened, as shown in FIG. 10, when the internal pressure due to gas pressure or the like acts on the gasket 21 as indicated by an arrow, the width becomes narrower. As shown by the phantom line, the tip portion of the bead portion a is easily tilted and displaced, and as a result, a new problem arises that the reaction force becomes too small and the sealing performance is impaired.

そこで、本発明の目的は、セルを構成する複数の板状体のうちの対向するものどうしの間に、これら両板状体どうしの間をシールすべく弾性材製のガスケットを介装してある燃料電池用シール構造において、燃料電池用の板状体に無理な曲げモーメントが作用しない「低反力型」ガスケットを、ガス圧等による内圧によってビード部が大きく倒れたり、それによってシール性が損なわれる不都合が生じないようにしながら実現させる点にある。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a gasket made of an elastic material between two opposing plate-like bodies constituting a cell so as to seal between the two plate-like bodies. In a certain fuel cell seal structure, a “low reaction force type” gasket that does not apply an excessive bending moment to the plate for a fuel cell, the bead part collapses greatly due to internal pressure due to gas pressure, etc. It is to be realized while avoiding the inconvenience that will be lost.

請求項１の構成は、セルを構成する複数の板状体のうちの対向するものどうしの間に、これら両板状体どうしの間をシールすべく弾性材製のガスケットを介装してある燃料電池用シール構造において、
前記ガスケットの断面形状を、前記対向する板状体のうちの一方の板状体に固着される薄肉幅広状のベース部と、このベース部の幅方向の中間部において他方の板状体に向って突出するビード部とを有した山形に設定するとともに、他方の板状体には、倒れ変位したビード部の先端部分を側方から受止め可能な受止部が形成されていることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, a gasket made of an elastic material is interposed between the opposing plate-like bodies constituting the cell so as to seal between the two plate-like bodies. In the fuel cell seal structure,
The cross-sectional shape of the gasket is directed toward the other plate-like body at the intermediate portion in the width direction of the base portion and a thin-walled wide base portion fixed to one of the opposed plate-like bodies. And a bead portion protruding from the side, and the other plate-like body is formed with a receiving portion capable of receiving the tip portion of the fallen bead portion from the side. And

請求項２の構成は、セルを構成する複数の板状体のうちの対向するものどうしの間に、これら両板状体どうしの間をシールすべく弾性材製のガスケットを介装してある燃料電池用シール構造において、
前記ガスケットの断面形状を、前記対向する板状体のうちの一方の板状体に固着される薄肉幅広状のベース部と、このベース部の幅方向の中間部において他方の板状体に向って突出するビード部とを有した山形に設定するとともに、前記ベース部の幅方向で中間の位置においては、前記ベース部とこれが固着される部分の一方の板状体とのいずれか一方に、密閉状の空間部が形成されていることを特徴とする。 In the configuration of claim 2, a gasket made of an elastic material is interposed between the opposing plate-like members constituting the cell so as to seal between the two plate-like members. In the fuel cell seal structure,
The cross-sectional shape of the gasket is directed toward the other plate-like body at the intermediate portion in the width direction of the base portion and a thin-walled wide base portion fixed to one of the opposed plate-like bodies. In the middle position in the width direction of the base portion, either the base portion or one of the plate-like bodies to which the base portion is fixed, A sealed space is formed.

請求項３の構成は、請求項２において、前記空間部が前記一方の板状体に形成されていることを特徴とするものである。   According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the space is formed on the one plate-like body.

請求項４の構成は、セルを構成する複数の板状体のうちの対向するものどうしの間に、これら両板状体どうしの間をシールすべく弾性材製のガスケットを介装してある燃料電池用シール構造であって、
前記ガスケットの断面形状を、前記対向する板状体のうちの一方の板状体に固着される薄肉幅広状のベース部と、このベース部の幅方向の中間部において他方の板状体に向って突出するビード部とを有した山形に設定するとともに、前記ビード部に、このビード部がその突出方向に圧縮された際の倒れ方向を確定させるための倒れ癖部が形成されていることを特徴とするものである。 According to the fourth aspect of the present invention, a gasket made of an elastic material is interposed between the opposing plate-like bodies constituting the cell so as to seal between the two plate-like bodies. A fuel cell seal structure,
The cross-sectional shape of the gasket is directed toward the other plate-like body at the intermediate portion in the width direction of the base portion and a thin-walled wide base portion fixed to one of the opposed plate-like bodies. And a bead portion that has a bead portion that protrudes when the bead portion is compressed in the protruding direction is formed on the bead portion. It is a feature.

請求項５の構成は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記ガスケットにおける前記ビード部の裾野部分に、前記ベース部の上面よりも下方に凹入する逃し部を形成してあることを特徴とするものである。   According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, a relief portion that is recessed below the upper surface of the base portion is formed in a skirt portion of the bead portion in the gasket. It is characterized by.

請求項１の燃料電池用シール構造では、弾性材製のガスケットの断面形状を、一方の板状体に固着される薄肉幅広状のベース部と、このベース部から突出するビード部とを有した山形に設定するとともに、倒れ変位したビード部の先端部分を側方から受止め可能な受止部を他方の板状体に形成してあるので、ガス圧等による内圧が作用してビード部が倒れ変位しても、その倒れ変位したビード部を、それ以上倒れないように受止部で受止めることができる。   In the fuel cell seal structure according to claim 1, the cross-sectional shape of the gasket made of an elastic material has a thin and wide base portion fixed to one plate-like body and a bead portion protruding from the base portion. Since the receiving plate is formed in the other plate-like body and can be received from the side while the tip portion of the bead portion that has fallen and displaced is formed on the other plate-like body, the internal pressure due to gas pressure or the like acts to Even if it falls down, the bead portion that has fallen and displaced can be received by the receiving portion so as not to fall any further.

従って、従来よりもビード部の幅を細くして強度・剛性を減少させても、内圧によるビード部の倒れ変位を無理の無い範囲内に止めて、シール性の悪化を回避できるとともに、ビード部先端部分と受止部との当接によって、寧ろシール性を向上させることが可能になる。その結果、内圧をシール性向上に利用させる合理的な構造としながら、ビード部の圧縮によって板状体を押圧する力を弱め、燃料電池用として好適な「低反力型」ガスケットを実現することができた。   Therefore, even if the width of the bead portion is narrower than before and the strength and rigidity are reduced, the bead portion can be prevented from falling down due to internal pressure within a reasonable range, and the deterioration of the sealing performance can be avoided. The contact between the tip portion and the receiving portion makes it possible to improve the sealing performance. As a result, it is possible to realize a “low reaction force” gasket suitable for a fuel cell by reducing the force of pressing the plate-like body by compressing the bead part while making a rational structure that uses the internal pressure for improving the sealing performance. I was able to.

ガスケットを「低反力型」とする手段としては、請求項２，３の燃料電池用シール構造のように、ベース部の幅方向で中間の位置において、ベース部とこれが固着される部分の一方の板状体とのいずれか一方に密閉状の空間部を形成する構成や、請求項４の燃料電池用シール構造のように、ビード部に、このビード部がその突出方向に圧縮された際の倒れ方向を確定させるための倒れ癖部を形成させる構成を採用しても良い。   As a means for making the gasket “low reaction force type”, as in the fuel cell seal structure of claims 2 and 3, one of the base portion and one of the portions to which the base portion is fixed is located at an intermediate position in the width direction of the base portion. When the bead portion is compressed in the protruding direction in the bead portion as in the configuration in which a sealed space portion is formed in any one of the plate-like bodies or the fuel cell seal structure of claim 4 A configuration may be adopted in which a falling collar for determining the direction of the falling is formed.

また、請求項５の燃料電池用シール構造のように、ガスケットにおけるビード部の裾野部分に、ベース部の上面よりも下方に凹入する逃し部を形成すれば、応力集中を緩和できるので、ビード部がセルの内圧によって傾くことに起因して、ビード部の付根部分に亀裂が生じることを回避できる利点がある。   Further, as in the fuel cell seal structure according to claim 5, by forming a relief portion that is recessed below the upper surface of the base portion at the bottom portion of the bead portion of the gasket, the stress concentration can be reduced. There is an advantage that it is possible to avoid the occurrence of cracks in the root portion of the bead portion due to the portion being inclined by the internal pressure of the cell.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１に、自動車に搭載される燃料電池の概略の全体斜視図が、図２に燃料電池の端部構造を示す部分側面図が、図３と図４には、燃料電池の組付け前と後におけるガスケットの状況を示す断面図が夫々示されている。図５〜図７には、本発明の第１〜第３別実施形態によるシール構造の断面図が夫々示されている。   FIG. 1 is a schematic overall perspective view of a fuel cell mounted on an automobile, FIG. 2 is a partial side view showing an end structure of the fuel cell, and FIGS. 3 and 4 are diagrams before and after assembly of the fuel cell. Cross-sectional views showing the state of the gasket afterward are shown. 5 to 7 show cross-sectional views of seal structures according to first to third alternative embodiments of the present invention, respectively.

燃料電池Ｅは、図１、図２に示すように、一対のセパレータ２間に積層構成される単位セル１を、所期の電圧を得るべく多数重ね合わせてセルスタックを形成し、そのセルスタックを、一対のインシュレータ３に間に配置し、さらにその両外側に配置した一対の圧力プレート４で挟み込むことによって構成されている。両端の圧力プレート４どうしは、これらに亘って架設される複数の長ボルト５及びナット６による締付機構によって互いに接近する方向に押圧されており、それによって、多数のセル１、多数のセパレータ２、及び一対のインシュレータ３を挟持固定して一体化することにより、組付け状態とされている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell E forms a cell stack by stacking a large number of unit cells 1 that are stacked between a pair of separators 2 in order to obtain a desired voltage. Is disposed between a pair of insulators 3 and sandwiched between a pair of pressure plates 4 disposed on both outer sides thereof. The pressure plates 4 at both ends are pressed in a direction approaching each other by a tightening mechanism including a plurality of long bolts 5 and nuts 6 extending over them, whereby a large number of cells 1 and a large number of separators 2 are pressed. , And the pair of insulators 3 are sandwiched, fixed, and integrated to form an assembled state.

セル１は、板状体であるカーボン製の燃料極（アノード）７と、板状体であるカーボン製の空気極（カソード）８とを、固体高分子型で板状体である電解質膜（イオン交換膜とも言う）９を介して対向配置して成る三層構造のものに構成されている。板状体であるセパレータ２もカーボンの成形品であり、その表裏の各面には溝状のガス流路２ａ（図３，４参照）が刻設されている。つまり、三層構造で成る一つのセル１は、一対のセパレータ２の間にサンドイッチされたような構成となっている。   The cell 1 includes a carbon fuel electrode (anode) 7 that is a plate-like body and a carbon air electrode (cathode) 8 that is a plate-like body. (Also referred to as an ion exchange membrane). The separator 2 which is a plate-like body is also a molded product of carbon, and groove-like gas passages 2a (see FIGS. 3 and 4) are engraved on the front and back surfaces. That is, one cell 1 having a three-layer structure is configured to be sandwiched between a pair of separators 2.

この燃料電池Ｅには、これを積層方向に貫通する状態で、ガスや生成水等の流体通路であるマニホールド１０が複数形成されている。即ち、この例では燃料電池Ｅとしての左右夫々に三つのマニホールド１０が上下に並べて配列されており、各エンドプレート４には、マニホールド１０を図示しない所定の配管構造に接続するための取出し筒１１が装備されている。そして、セパレータ２や電解質膜９等には、各マニホールド１０や、これに連通すべくセパレータ２等に刻設されたガス流路２ａ（図３，４参照）に対してシールするためのセル用ガスケット１２、及びセパレータ用ガスケット１３が装備されている。   The fuel cell E is formed with a plurality of manifolds 10 that are fluid passages for gas, generated water and the like in a state of passing through the fuel cell E in the stacking direction. That is, in this example, the three manifolds 10 are arranged vertically on the left and right sides of the fuel cell E, and each end plate 4 has an extraction cylinder 11 for connecting the manifold 10 to a predetermined piping structure (not shown). Is equipped. The separator 2 and the electrolyte membrane 9 are sealed for the respective manifolds 10 and gas passages 2a (see FIGS. 3 and 4) engraved in the separator 2 and the like so as to communicate with the manifolds 10. A gasket 12 and a separator gasket 13 are provided.

ゴム製のセル用ガスケット１２は、図２に示すように、単位セル１を挟持するセパレータ２と電解質膜９との間に介装されている。つまり、セパレータ２と電解質膜９との外郭形状は、燃料極７と空気極８のそれよりも幾分大きく設定されていて、各セパレータ２の外周部と電解質膜９の外周部とは、燃料極７又は空気極８を介して対向配置される構造となっており、セル用ガスケットは、燃料極７や空気極８の外側において電解質膜９の外郭形状に沿った略矩形で環状のものに形成されている。   As shown in FIG. 2, the rubber cell gasket 12 is interposed between the separator 2 that sandwiches the unit cell 1 and the electrolyte membrane 9. That is, the outer shape of the separator 2 and the electrolyte membrane 9 is set somewhat larger than that of the fuel electrode 7 and the air electrode 8, and the outer periphery of each separator 2 and the outer periphery of the electrolyte membrane 9 The cell gasket has a substantially rectangular and annular shape along the outer shape of the electrolyte membrane 9 outside the fuel electrode 7 and the air electrode 8. Is formed.

セパレータ用ガスケット１３は、図２〜図４に示すように、隣合うセパレータ２どうしの間をシールする環状のものであり、一方のセパレータ（一方の板状体の一例であり、図３，４では下側に描かれている）２に接着によって固着されるゴム製のものである。その断面形状は、一方のセパレータ２の周囲に形成された一段厚さの薄い段差面２ｂに接着される薄肉幅広状のベース部１３Ｂと、このベース部１３Ｂの幅方向の中間部において他方のセパレータ（他方の板状体の一例であり、図３，４では上側に描かれている）２に向って突出するビード部１３Ａとを有した山形に設定されている。   As shown in FIGS. 2 to 4, the separator gasket 13 has an annular shape that seals between the separators 2 adjacent to each other. One separator (an example of one plate-like body is shown in FIGS. 3 and 4). It is made of rubber that is fixed to 2 by adhesion. The cross-sectional shape is such that a thin wide base portion 13B bonded to a thin step surface 2b formed around one separator 2 and the other separator at an intermediate portion in the width direction of the base portion 13B. (It is an example of the other plate-like body and is drawn on the upper side in FIGS. 3 and 4) and is set in a mountain shape having a bead portion 13 </ b> A protruding toward 2.

このセパレータ用ガスケット１３は、ビード部１３Ａの幅が一般的なガスケットに比べて幅狭な「低反力型」に設定されている（図８参照）。そのため、図４に示すように、セパレータ２どうしが接触状態となる組付け時において、ガス流路２ａからの内圧が（矢印で示す）セパレータ用ガスケット１３に作用すると、強度が弱まったビード部１３Ａが、他方のセパレータ２との押圧接触による摩擦力に抗して、セル外方側（図４では左側）に倒れ変位することがある。つまり、図４に仮想線で示すように、ビード部１３Ａの先端部分ａが横移動を伴って倒れるようになる。   The separator gasket 13 is set to a “low reaction force type” in which the width of the bead portion 13A is narrower than that of a general gasket (see FIG. 8). Therefore, as shown in FIG. 4, when the internal pressure from the gas flow path 2a acts on the separator gasket 13 (indicated by an arrow) when the separators 2 are in contact with each other, the bead portion 13A whose strength is weakened. However, it may fall and displace to the outside of the cell (left side in FIG. 4) against the frictional force due to the pressing contact with the other separator 2. That is, as indicated by a virtual line in FIG. 4, the tip end portion a of the bead portion 13 </ b> A falls down with lateral movement.

ところが、本発明によるシール構造では、図４に示すように、他方のセパレータ２には、倒れ変位したビード部１３Ａの先端部分ａを側方から受止め可能な外周壁である受止部２Ｕが形成されているので、倒れ変位した先端部分ａは、受止部２Ｕの内周面２ｃに押圧接触状態で受け止められる。従って、受止部２Ｕを適宜に配置設定することにより、ビード部１３Ａの倒れ変位量を、シール性を損なわない範囲内に設定することが自在である。勿論、ビード部１３Ａの倒れ過ぎが生じないようにすることができる。   However, in the seal structure according to the present invention, as shown in FIG. 4, the other separator 2 has a receiving portion 2 </ b> U that is an outer peripheral wall capable of receiving the tip portion a of the bead portion 13 </ b> A that has fallen and displaced from the side. Since it is formed, the tip end portion a that has fallen and displaced is received by the inner peripheral surface 2c of the receiving portion 2U in a pressed contact state. Therefore, by appropriately arranging and setting the receiving portion 2U, it is possible to freely set the fall displacement amount of the bead portion 13A within a range that does not impair the sealing performance. Of course, it is possible to prevent the bead portion 13A from falling too much.

そして、受止部２Ｕの内周面２ｃに押圧接触状態で受け止められるから、ビード部１３Ａと受止部２Ｕとの間にシール作用が新たに生じることになる。その結果、ビード部１３Ａは、段差面２ｂと内周面２ｃとの互いに交差する二面に押圧接触する状態がもたらされることとなり、却ってシール性能が改善されるようになる。   And since it is received by the inner peripheral surface 2c of the receiving part 2U in the press contact state, a sealing action newly arises between the bead part 13A and the receiving part 2U. As a result, the bead portion 13A is brought into a state of being pressed against two mutually intersecting surfaces of the step surface 2b and the inner peripheral surface 2c, and the sealing performance is improved instead.

つまり、受止部２Ｕを設ける工夫により、ビード部１３Ａの倒れ過ぎを無くしてシール性の悪化が回避可能になるとともに、板状体に優しい低反力型故にビード部１３Ａの保形性が弱いという性質、並びにガスケットに作用する内圧の存在との双方を利用して、よりシール性を向上させることも可能にし得たのである。尚、受止部２Ｕは周状に形成されており、その厚さは、他方のセパレータ２の厚みに等しい。   In other words, by providing the receiving portion 2U, the bead portion 13A can be prevented from falling over and deterioration of the sealing performance can be avoided, and the bead portion 13A has low shape retention because of the low reaction force type that is gentle to the plate-like body. It was possible to further improve the sealing performance by utilizing both of the above properties and the presence of the internal pressure acting on the gasket. In addition, the receiving part 2U is formed in a circumferential shape, and the thickness thereof is equal to the thickness of the other separator 2.

燃料電池用シール構造としては、図５に示す構成としても良い。即ち、セパレータ用ガスケット１３の断面形状を、一方のセパレータ２に接着される薄肉幅広状のベース部１３Ｂと、このベース部１３Ｂの幅方向の中間部において他方のセパレータ２に向って突出するビード部１３Ａとを有した山形に設定するとともに、ベース部１３Ｂの幅方向で中間の位置においては、ベース部１３Ｂとこれが固着される部分の一方のセパレータ２との少なくともいずれか一方に、密閉状の空間部１４が形成されている。   The fuel cell seal structure may be configured as shown in FIG. That is, the cross-sectional shape of the separator gasket 13 includes a thin-walled wide base portion 13B bonded to one separator 2 and a bead portion protruding toward the other separator 2 at an intermediate portion in the width direction of the base portion 13B. 13A, and at a middle position in the width direction of the base portion 13B, a sealed space is provided in at least one of the base portion 13B and one of the separators 2 to which the base portion 13B is fixed. A portion 14 is formed.

この場合のセパレータ用ガスケット１３は、ビード部１３Ａの幅が、図３のように狭いものでは無く、従来と同じ幅を有した一般的な形状であり（図８参照）、一方のセパレータ２に設けた空間部１４を併せて初めて「低反力型」として機能する構造になっている。   The separator gasket 13 in this case has a general shape having the same width as the conventional one (see FIG. 8), and the bead portion 13A is not narrow as shown in FIG. The structure that functions as a “low reaction force type” is the first time that the provided space portion 14 is combined.

つまり、長ボルト５とナット６との締付操作による組付状態では、図５に仮想線で示すように、ビード部１３Ａが圧縮変形するとともに、そのビード部１３Ａに押されるベース部１３Ｂが空間部１４に侵入するように変位する。このベース部１３Ｂの変位には、ベース部１３Ｂ自身の弾性に加えて、密閉状の空間部１４がエアクッションとして機能することによる弾性も生じるので、ビード部１３Ａの幅を狭めて弾性を弱くしなくても、ガスケット１３のトータルとしての弾性係数（バネ定数）が低くなり、「低反力型」に構成されている。   That is, in the assembled state by the tightening operation of the long bolt 5 and the nut 6, as shown by the phantom line in FIG. 5, the bead portion 13A is compressed and deformed, and the base portion 13B pushed by the bead portion 13A is space. It is displaced so as to enter the portion 14. In addition to the elasticity of the base portion 13B itself, the displacement of the base portion 13B also generates elasticity due to the sealed space portion 14 functioning as an air cushion. Therefore, the width of the bead portion 13A is reduced to weaken the elasticity. Even if not, the elastic coefficient (spring constant) as a total of the gasket 13 is low, and the “low reaction force type” is configured.

尚、図示は省略するが、ベース部１３Ｂを接着する際には、先ず、一方のセパレータ２の段差面２ａに接着剤を塗布することになるが、従来と同じ塗布設備を用いる工程都合上、そのときには空間部１４にも接着剤が塗布されてしまう。従って、それを見越して空間部１４の大きさは、必要となる体積よりもやや大きめに設定しておくと好都合である。   Although illustration is omitted, when bonding the base portion 13B, first, an adhesive is applied to the stepped surface 2a of one separator 2, but for the convenience of the process using the same application equipment as the conventional one, At that time, the adhesive is also applied to the space 14. Therefore, it is convenient to set the size of the space 14 slightly larger than the required volume in anticipation of this.

また、図５において、ベース部１３Ｂに破線で示すように、空間部分１４をベース部１３Ｂに形成しても良い。この場合、接着材で空間部１４が埋まることの無いように留意する。そして、ガスケット側の空間部１４と、前述したセパレータ側の空間部１４との双方を設ける構造としても良い。   Further, in FIG. 5, the space portion 14 may be formed in the base portion 13B as indicated by a broken line in the base portion 13B. In this case, attention should be paid so that the space 14 is not filled with the adhesive. And it is good also as a structure which provides both the space part 14 by the side of a gasket, and the space part 14 by the side of the separator mentioned above.

燃料電池用シール構造としては、図６に示す構成としても良い。即ち、セパレータ用ガスケット１３の断面形状を、一方のセパレータ２に固着（接着）される薄肉幅広状のベース部１３Ｂと、このベース部１３Ｂの幅方向の中間部において他方のセパレータ２に向って突出するビード部１３Ａとを有した山形に設定するとともに、ビード部１３Ａに、このビード部１３Ａがその突出方向に圧縮された際の倒れ方向を確定させるための倒れ癖部１５を形成してある。   The fuel cell seal structure may have the configuration shown in FIG. That is, the cross-sectional shape of the separator gasket 13 is protruded toward the other separator 2 at a thin and wide base portion 13B fixed (adhered) to one separator 2 and in the intermediate portion in the width direction of the base portion 13B. The bead portion 13A is set to a mountain shape, and the bead portion 13A is provided with a fall collar 15 for determining the fall direction when the bead portion 13A is compressed in the protruding direction.

倒れ癖部１５は、自由状態においてビード部１３Ａを意図的に曲げ形成してあることであって、その折れ曲り部分のことを指している。この場合は、先端部分ａが燃料電池のセルとしての内側（図６では右側）に倒れる状態に曲げてあり、倒れ癖部１５に応力集中し易くしてある。故に、他方のセパレータ２が寄って来る組付け状態においては、その他方のセパレータ２の段差面２ｂに押されたビード部１３Ａは、図６に仮想線で示すように、ビード部長手方向（図６では上下方向）に圧縮されながら、セル内側に倒れる方向に屈曲変位するようになる。   The fallen collar 15 is formed by intentionally bending the bead 13 </ b> A in a free state, and indicates the bent part. In this case, the tip portion a is bent so as to fall inward (right side in FIG. 6) as a cell of the fuel cell, and stress is easily concentrated on the fallen flange portion 15. Therefore, in the assembled state in which the other separator 2 approaches, the bead portion 13A pushed by the stepped surface 2b of the other separator 2 is the longitudinal direction of the bead portion (see FIG. 6). 6 is compressed in the vertical direction), and is bent and displaced in the direction of falling inside the cell.

そして、その状態で、ガス流路２ａからの内圧が（白抜き矢印で示す）セパレータ用ガスケット１３に作用すると、その内圧はセル内側に倒れこんでいるビード部１３Ａを起そうとする力となり、それによって先端部分ａがより強く段差面２ｂに押付けられるように作用する。従って、ガスケット１３を、ビード部１３Ａの幅を狭くした「低反力型」に設定しても、前述の内圧に負けてセル外側に倒れるということはなく、寧ろ、その内圧を利用してガスケット１３の段差面２ａへの押圧力を強めることができ、シール性を向上させることに成功している。   In this state, when the internal pressure from the gas flow path 2a acts on the separator gasket 13 (indicated by a white arrow), the internal pressure becomes a force to cause the bead portion 13A falling down inside the cell, This acts so that the tip end portion a is more strongly pressed against the stepped surface 2b. Therefore, even if the gasket 13 is set to the “low reaction force type” in which the width of the bead portion 13A is narrowed, the gasket 13 does not fall to the outside of the cell due to the above-mentioned internal pressure. It is possible to increase the pressing force on the 13 step surfaces 2a and succeed in improving the sealing performance.

尚、図６に示すように、ビード部１３Ａの付根部位をベース部１３Ｂに侵入するように湾曲状に凹入させた逃がし部１６を形成しておけば、ビード部１３Ａの倒れ変位による応力集中を緩和でき、クラック等の損傷の発生を未然に防止し得る利点がある。   In addition, as shown in FIG. 6, if the relief part 16 in which the root part of the bead part 13A is dented in a curved shape so as to enter the base part 13B is formed, stress concentration due to the falling displacement of the bead part 13A is formed. There is an advantage that the occurrence of damage such as cracks can be prevented in advance.

また、倒れ癖部１５としては、図８（ａ）に示すように、ビード部１３Ａを、一方の縦面を垂直に、かつ、他方の縦面を傾斜させて、即ち、片傾斜させて先窄まり形状とする形状設定手段でも良い。この手段では、他方のセパレータの段差面２ｂによるビード部１３Ａの押圧点が、最初からセル内側に偏っていることになり、その押圧点の幅方向中心からの位置ずれ、及び略三角形状のビード部１３Ａの形状面から、組付け状態では、図８（ａ）に仮想線で示すように、ビード部１３Ａは必ずセル内側に倒れ込むようになる。   In addition, as shown in FIG. 8A, the fallen heel portion 15 has a bead portion 13A with one vertical surface vertical and the other vertical surface inclined, that is, one side inclined. Shape setting means for forming a narrow shape may be used. In this means, the pressing point of the bead portion 13A by the step surface 2b of the other separator is biased to the inside of the cell from the beginning, the positional deviation of the pressing point from the center in the width direction, and the substantially triangular bead From the shape surface of the portion 13A, in the assembled state, the bead portion 13A always falls down inside the cell as shown by a virtual line in FIG.

さらに、倒れ癖部１５としては、図８（ｂ）に示すように、ビード部１３Ａの根元部分におけるいずれかの側（セル内側）に、横向きに凹入するように形成された切欠きとしても良い。この場合には、組付けに伴ってビード部１３Ａがその長手方向に圧縮されると、切欠き１５部位において応力集中し、やはり、ビード部１３Ａはセル内側に向けて倒れるようになる。   Further, as shown in FIG. 8 (b), the fallen flange portion 15 may be a notch formed so as to be recessed sideways on either side (inside the cell) of the base portion of the bead portion 13A. good. In this case, when the bead portion 13A is compressed in the longitudinal direction as it is assembled, stress concentrates at the notch 15 portion, and the bead portion 13A also falls toward the inside of the cell.

燃料電池用シール構造としては、図７に示す構成としても良い。即ち、基本的には図５に示す構造を踏襲したエアクッション併合構造による「低反力型」ガスケット１３とするものであり、違いとしては、次の２点である。一つは、ガスケット１３におけるビード部１３Ａの裾野部分に、ベース部１３Ｂの上面よりも下方に凹入する逃し溝（逃がし部の一例）１６を形成した点であり、もう一つは、一方のセパレータ２の段差面２ｂに形成された空間部１４の両端を跨ぐ状態の切欠き溝１７を、ベース部１３Ｂの接着側面に形成した点である。   The fuel cell seal structure may have the configuration shown in FIG. That is, the “low reaction force type” gasket 13 basically has an air cushion combined structure that follows the structure shown in FIG. 5, and there are the following two differences. One is that a relief groove (an example of a relief portion) 16 that is recessed below the upper surface of the base portion 13B is formed in the skirt portion of the bead portion 13A in the gasket 13, and the other is that A notch groove 17 in a state of straddling both ends of the space portion 14 formed in the stepped surface 2b of the separator 2 is formed on the adhesive side surface of the base portion 13B.

そして、逃がし溝１６の存在により、ビード部１３Ａが前述の内圧によって傾くことに起因して、ビード部１３Ａの付根部分に亀裂が生じることが回避できるとともに、切欠き溝１７の存在により、ベース部１３Ｂの下面が、空間部分１４の存在によって形成された段差面２ｂのピン角２ｐに擦れて損傷する不都合が回避できる。   The presence of the relief groove 16 can prevent the bead portion 13A from being tilted by the above-described internal pressure, thereby preventing the base portion of the bead portion 13A from cracking, and the presence of the notch groove 17 The disadvantage that the lower surface of 13B is rubbed and damaged by the pin angle 2p of the step surface 2b formed by the presence of the space portion 14 can be avoided.

また、これら逃し溝１６と切欠き溝１７との存在によりビード部１３Ａ下方のベース部１３Ｂの厚さが薄くなってバネ定数が下がるので、ビード部１３Ａの幅を狭くすることなく、又は僅かに狭めるだけで、前述した内圧によるビード部１３Ａの倒れが起きないようにしながら、「低反力型」ガスケット１３を構成できるという利点が得られる。   Further, the presence of the relief groove 16 and the notch groove 17 reduces the thickness of the base portion 13B below the bead portion 13A and lowers the spring constant, so that the width of the bead portion 13A is slightly reduced without being narrowed. The advantage is that the “low reaction force type” gasket 13 can be configured by preventing the bead portion 13A from falling due to the internal pressure just by narrowing.

燃料電池の概略構造を示す全体斜視図Overall perspective view showing schematic structure of fuel cell 燃料電池の端部構造を示す一部切欠き側面図Partially cutaway side view showing the end structure of a fuel cell 組付け前におけるシール構造を示す燃料電池の部分断面図（実施例１）Partial sectional view of a fuel cell showing a seal structure before assembly (Example 1) 組付け後におけるシール構造を示す燃料電池の部分断面図（実施例１）Partial sectional view of the fuel cell showing the seal structure after assembly (Example 1) 実施例２によるシール構造を示す断面図Sectional drawing which shows the seal structure by Example 2. 実施例３によるシール構造を示す断面図Sectional drawing which shows the seal structure by Example 3 実施例４によるシール構造を示す断面図Sectional drawing which shows the seal structure by Example 4. （ａ）、（ｂ）共に、倒れ癖部の別構造を示すガスケットの断面図Both (a) and (b) are cross-sectional views of gaskets showing different structures of the fallen collar 従来ガスケットにおける一般的断面形状と低反力型断面形状との比較を示す図Diagram showing comparison between general cross-sectional shape and low reaction force cross-sectional shape of conventional gaskets 従来の低反力ガスケットに内圧が作用した状態を示す断面図Sectional drawing which shows the state in which the internal pressure acted on the conventional low reaction force gasket

符号の説明Explanation of symbols

２ 板状体
２Ｕ 受止部
１３ ガスケット
１３Ａ ビード部
１３Ｂ ベース部
１４ 空間部
１５ 倒れ癖部
１６ 逃し部
ａ 先端部分 2 Plate-shaped body 2U Receiving part 13 Gasket 13A Bead part 13B Base part 14 Space part 15 Falling edge part 16 Relief part a Tip part

Claims (5)

セルを構成する複数の板状体のうちの対向するものどうしの間に、これら両板状体どうしの間をシールすべく弾性材製のガスケットを介装してある燃料電池用シール構造であって、
前記ガスケットの断面形状を、前記対向する板状体のうちの一方の板状体に固着される薄肉幅広状のベース部と、このベース部の幅方向の中間部において他方の板状体に向って突出するビード部とを有した山形に設定するとともに、他方の板状体には、倒れ変位したビード部の先端部分を側方から受止め可能な受止部が形成されている燃料電池用シール構造。 It is a fuel cell sealing structure in which an elastic gasket is interposed between two opposing plate-like bodies constituting a cell to seal between the two plate-like bodies. And
The cross-sectional shape of the gasket is directed toward the other plate-like body at the intermediate portion in the width direction of the base portion and a thin-walled wide base portion fixed to one of the opposed plate-like bodies. For the fuel cell, a receiving portion that can be received from the side is formed on the other plate-like body, and the tip of the falling bead portion is formed on the other plate-like body. Seal structure. セルを構成する複数の板状体のうちの対向するものどうしの間に、これら両板状体どうしの間をシールすべく弾性材製のガスケットを介装してある燃料電池用シール構造であって、
前記ガスケットの断面形状を、前記対向する板状体のうちの一方の板状体に固着される薄肉幅広状のベース部と、このベース部の幅方向の中間部において他方の板状体に向って突出するビード部とを有した山形に設定するとともに、前記ベース部の幅方向で中間の位置においては、前記ベース部とこれが固着される部分の一方の板状体とのいずれか一方に、密閉状の空間部が形成されている燃料電池用シール構造。 It is a fuel cell sealing structure in which an elastic gasket is interposed between two opposing plate-like bodies constituting a cell to seal between the two plate-like bodies. And
The cross-sectional shape of the gasket is directed toward the other plate-like body at the intermediate portion in the width direction of the base portion and a thin-walled wide base portion fixed to one of the opposed plate-like bodies. In the middle position in the width direction of the base portion, either the base portion or one of the plate-like bodies to which the base portion is fixed, A fuel cell seal structure in which a sealed space is formed. 請求項２において、
前記空間部が前記一方の板状体に形成されている燃料電池用シール構造。 In claim 2,
A fuel cell seal structure in which the space is formed in the one plate-like body. セルを構成する複数の板状体のうちの対向するものどうしの間に、これら両板状体どうしの間をシールすべく弾性材製のガスケットを介装してある燃料電池用シール構造であって、
前記ガスケットの断面形状を、前記対向する板状体のうちの一方の板状体に固着される薄肉幅広状のベース部と、このベース部の幅方向の中間部において他方の板状体に向って突出するビード部とを有した山形に設定するとともに、前記ビード部に、このビード部がその突出方向に圧縮された際の倒れ方向を確定させるための倒れ癖部が形成されている燃料電池用シール構造。 It is a fuel cell sealing structure in which an elastic gasket is interposed between two opposing plate-like bodies constituting a cell to seal between the two plate-like bodies. And
The cross-sectional shape of the gasket is directed toward the other plate-like body at the intermediate portion in the width direction of the base portion and a thin-walled wide base portion fixed to one of the opposed plate-like bodies. A fuel cell having a beveled portion for defining a falling direction when the bead portion is compressed in the protruding direction. Seal structure. 請求項１〜４のいずれか一項において、
前記ガスケットにおける前記ビード部の裾野部分に、前記ベース部の上面よりも下方に凹入する逃し部を形成してある燃料電池用シール構造。 In any one of Claims 1-4,
A fuel cell seal structure in which a relief portion that is recessed below the upper surface of the base portion is formed in a skirt portion of the bead portion of the gasket.
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