JP2006004799A - 燃料電池用ガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】セル内カソード面側で発生する水分がガスケット装着溝３に貯留するのを抑制することができ、もってこの水分の貯留を原因として電気の発生効率が低下するのを抑えることができる燃料電池用ガスケット１を提供する。
【解決手段】燃料電池におけるセパレータ２等のガスケット装着部材に設けたガスケット装着溝３に装着されて相手シール面に密接するガスケット１であって、相手シール面に密接するシールリップ６を有するガスケット１において、装着溝３に水分が貯留しないようにシールリップ６よりもセル内側における装着溝３に対するガスケット充填率を大きく設定したことを特徴とする。ガスケット充填率は１００％、または少なくとも９０％以上とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池の構成要素の一つをなす燃料電池用ガスケットに関するものである。

燃料電池は、水素と酸素（空気）を水の電気分解と逆の反応をさせて電気を取り出す機構である。この反応は、セルと呼ばれるユニット内で行なわれ、電気出力に合わせてセルを多数（多い場合は数百枚）積層したスタック構造をとっている。

図４に示すように、セル５１は一般的に、セパレータ（アノード面）５２、ガスケット５３、電極（カーボンシート）５４、イオン交換膜５５、電極５６、ガスケット５７およびセパレータ（カソード面）５８という構成からなり、纏めて端部に板を設けてボルトにて固定されるが、コンパクト化を実現するためにセパレータ５２，５８に貫通穴を設けてボルトを通すようになっている。ガスケット５３，５７はそれぞれ、セパレータ５２，５８に設けたガスケット装着溝５２ａ，５８ａに装着されている。

上記セル５１内にて電気を発生させるため、アノード面５２側に水素、カソード面５８側に空気（酸素）をそれぞれ供給して反応させ、カソード面５８側で発生する水と余剰空気（酸素）を排出する。その際、効率的に排水しないと空気（酸素）が反応しなくなり、電気の発生効率に良くない影響を及ぼすことが懸念される。水分の排出は空気の導入圧によって行なわれるが、従来は、ガスケット装着溝５８ａに対するガスケット５７の充填率（ガスケット装着溝５８ａの容積に対するガスケット５７の占める比率）が比較的小さく設定されていたことから、流路内において滞留が発生し易いガスケット装着溝５８ａ内に水滴として残り易くなってしまっている。

尚、本発明に対する他の従来技術として下記特許文献１に、燃料電池を構成するカーボンで形成された集電極フレームにあって、間隙を保つ複数枚の集電極フレームの間に装着される燃料電池用ガスケットであって、前記集電極フレームの端面へ段差部を形成し、前記段差部に沿う厚み０．１〜１．０ｍｍで凸条を持つ環状ガスケットを造形せしめ、前記段差部のシール面へ熱硬化性接着剤を介して環状ガスケットを加熱圧接着せしめたことを特徴とする燃料電池用ガスケットが掲載されているが、この公報掲載の従来技術においても、ガスケットのセル内側に水分が貯留する虞がある。

特開２００４−５５２７６号公報

本発明は以上の点に鑑みて、上記セル内カソード面側で発生する水分がガスケット装着溝に貯留するのを抑制することができ、もってこの水分の貯留を原因として電気の発生効率が低下するのを抑え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。

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、燃料電池におけるセパレータ等のガスケット装着部材に設けたガスケット装着溝に装着されて相手シール面に密接するガスケットであって、前記相手シール面に密接するシールリップを有するガスケットにおいて、前記装着溝に水分が貯留しないように前記シールリップよりもセル内側における前記装着溝に対するガスケット充填率を大きく設定したことを特徴とするものである。

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、上記ガスケット充填率を１００％に設定したことを特徴とするものである。

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の燃料電池用ガスケットにおいて、上記ガスケット充填率を９０％以上に設定したことを特徴とするものである。

更にまた、本発明の請求項４によるガスケットは、上記した請求項１ないし３の何れかに記載した燃料電池用ガスケットにおいて、当該ガスケットを装着溝のセル内側側面に押し付けるための突起を当該ガスケットのセル外側側面に所要数一体成形してなることを特徴とするものである。

上記構成を備えた本発明の請求項１によるガスケットのように、ガスケット装着溝に水分が貯留しないようにシールリップよりもセル内側における装着溝に対するガスケット充填率を大きく設定すると、装着溝の容積に対するガスケットの占める比率が大きくなることから、この分、水分の溜まるスペースを物理的に縮小することが可能となる。ガスケット充填率はこれを１００％に設定すれば最も効果が大きいが（請求項２）、従来が９０％未満であったこととの対比からして９０％以上に設定すれば効果がある（請求項３）。

また、本発明の請求項４によるガスケットのように、当該ガスケットを装着溝のセル内側側面に押し付けるための突起を当該ガスケットのセル外側側面に所要数一体成形すると、この突起によってガスケットが装着溝のセル内側側面に押し付けられる。したがって、装着溝内におけるセル内側に水分が貯留するようなスペースが残るのを抑えることが可能となる。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、本発明の請求項１、２または３によるガスケットにおいては、ガスケット装着溝に水分が貯留しないようにシールリップよりもセル内側における装着溝に対するガスケット充填率が大きく設定されているために、装着溝の容積に対するガスケットの占める比率が大きくなり、よってこの分、水分の溜まるスペースを物理的に縮小することが可能となる。したがって、従来よりもガスケット装着溝に水分が貯留しにくくなり、水分の貯留を原因として電気の発生効率が低下するのを抑えることができる。

またこれに加えて、本発明の請求項４によるガスケットにおいては、当該ガスケットを装着溝のセル内側側面に押し付けるための突起が当該ガスケットのセル外側側面に所要数一体成形されているために、突起によってガスケットが装着溝のセル内側側面に押し付けられ、よって装着溝内におけるセル内側に水分が貯留するようなスペースが残るのを抑えることが可能となる。したがって、やはり従来よりもガスケット装着溝に水分が貯留しにくくなり、水分の貯留を原因として電気の発生効率が低下するのを抑えることができる。

尚、本件出願には、以下の実施形態が含まれる。

（１）燃料電池用セル内にて使用するガスケットにおいて、ガスケット断面形状において、シールリップラインより反応面側のガスケット充填率が最大となるような形状とする。
（２）燃料電池部品用ガスケットにおいて、ガスケット断面形状にて、シールリップラインより反応面側のガスケット充填率が最大となるような形状とすることにより、滞留が生じて水分が残留し、発電効率が低下するのを防止することが可能となる。シールリップラインから反応面側のガスケットスペースにおいて、充填率は９０％以上が望ましい。
（３）ガスケットをセパレータに組み込む方式において、ガスケットがガスケット溝内でシールリップラインより反応面側に充填されるように、ガスケットを反応面側に押し付けるための突起をガスケット外形形状の外周側に一定間隔で設置する構成とする。
（４）ガスケットとセパレータは、直接の充填や接着等による一体化を行なって使用する方式であるが、ゴム単体（ガスケット）とプレート（セパレータ）を組み立てても良い。また、ガスケットをイオン交換膜に一体成形する場合においては、含浸等により一体化を図る。また、ガス拡散層にゴム（ガスケット）を含浸して一体化を図る等の方法も考えられる。
（５）ガスケット材料は特に規定しないが、シリコーンゴム、フッ素ゴムまたはＥＰＤＭ等が好適である。
（６）ガスケット装着溝には、その断面径状において、幅方向両側に側面を有する凹部状のもののほか、幅方向一方のみに側面を有する段差状のものも含まれる。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第一実施例・・・
図１は、本発明の第一実施例に係るガスケット１の要部断面を示しており、図１（Ａ）はこのガスケット１を圧縮する以前の状態（セルを組み立てる以前の状態）、図１（Ｂ）はこのガスケット１を圧縮した状態（セルを組み立てた状態）をそれぞれ示している。尚、図におけるガスケット１の右側がセルの内側であってすなわち反応面側であり、ガスケット１にとっては内周面側である。また、図におけるガスケット１の左側がセルの外側であってすなわち大気側であり、ガスケット１にとっては外周面側である。

当該実施例に係るガスケット１は、燃料電池のセパレータ（カソード面）２におけるガスケット装着溝３にガスケット成形材料を流し込んで当該ガスケット１を一体成形するタイプの一体成形型ガスケットであって、また相手シール面であるＭＥＡ（膜電極複合体）のイオン交換膜４に密接するガスケットであり、その構成要素として、ガスケット装着溝３内に充填配置されたガスケット基部５と、このガスケット基部５の幅方向中央に設けられ、イオン交換膜４に密接するシールリップ６とを一体に有している。

また、シールリップ６よりもセル内側（図上右側）において、ガスケット装着溝３に対するガスケット充填率（ガスケット装着溝３の容積に対するガスケット１の占める比率）が小さく設定されると、流路内において滞留が発生し易いガスケット装着溝３内に水分が水滴として残り易くなってしまうことから、これを防止するため、ガスケット装着溝３に水分が貯留しないようにシールリップ６よりもセル内側における装着溝３に対するガスケット充填率が比較的大きく設定されており、具体的にはガスケット充填率が１００％（全占有）の状態に設定されている。

したがって、この構成によれば、シールリップ６のセル内側に水分の溜まるようなスペースがなく、よって水分が溜まることがないことから、水分の貯留を原因として電気の発生効率が低下するのを抑えることができる。

尚、当該実施例において、ガスケット装着溝３内に充填配置されるガスケット基部５は、シールリップ６を境としてその幅方向にセル内側の部位５Ａとセル外側の部位５Ｂとに分けられるが、このうちセル内側の部位５Ａは、図１（Ａ）の未圧縮状態および図１（Ｂ）の圧縮状態を問わず常に、その底面５ａがガスケット装着溝３の底面３ａに対して全面密接して隙間を形成せず、そのセル内側側面５ｂはガスケット装着溝３のセル内側側面３ｂに全面密接して隙間を形成せず、その上面５ｃは全面に亙ってガスケット装着溝３から溝外へ突出するように形成されている。したがって、該部位周辺に水分の溜まるようなスペースは全く形成されないことから、水分が溜まるのを有効に防止することができる。但し上記したように、ガスケット充填率は１００％でなくても９０％以上であれば一定の効果が認められる。

第二実施例・・・
図２は、本発明の第二実施例に係るガスケット１の要部断面を示しており、図２（Ａ）はこのガスケット１を圧縮する以前の状態（セルを組み立てる以前の状態）、図２（Ｂ）はこのガスケット１を圧縮した状態（セルを組み立てた状態）をそれぞれ示している。尚、図におけるガスケット１の右側がセルの内側であってすなわち反応面側であり、ガスケット１にとっては内周面側である。また、図におけるガスケット１の左側がセルの外側であってすなわち大気側であり、ガスケット１にとっては外周面側である。

当該実施例に係るガスケット１は、燃料電池のセパレータ（カソード面）２におけるガスケット装着溝３に、予め成形した当該ガスケット１を組み込むタイプの組み込み型ガスケットであって、また相手シール面であるＭＥＡ（膜電極複合体）のイオン交換膜４に密接するガスケットであり、その構成要素として、ガスケット装着溝３内に充填配置されたガスケット基部５と、このガスケット基部５の幅方向中央に設けられ、イオン交換膜４に密接するシールリップ６とを一体に有している。

また、シールリップ６よりもセル内側（図上右側）において、ガスケット装着溝３に対するガスケット充填率（ガスケット装着溝３の容積に対するガスケット１の占める比率）が小さく設定されると、流路内において滞留が発生し易いガスケット装着溝３内に水分が水滴として残り易くなってしまうことから、これを防止するため、ガスケット装着溝３に水分が貯留しないようにシールリップ６よりもセル内側における装着溝３に対するガスケット充填率が比較的大きく設定されており、具体的にはガスケット充填率が１００％（全占有）の状態に設定されている。

したがって、この構成によれば、シールリップ６のセル内側に水分の溜まるようなスペースがなく、よって水分が溜まることがないことから、水分の貯留を原因として電気の発生効率が低下するのを抑えることができる。

尚、当該実施例において、ガスケット装着溝３内に充填配置されるガスケット基部５は、シールリップ６を境としてその幅方向にセル内側の部位５Ａとセル外側の部位５Ｂとに分けられるが、このうちセル内側の部位５Ａは、図２（Ｂ）の圧縮状態において、その底面５ａがガスケット装着溝３の底面３ａに対して全面密接して隙間を形成せず、そのセル内側側面５ｂはガスケット装着溝３のセル内側側面３ｂに全面密接して隙間を形成せず、その上面５ｃは全面に亙ってガスケット装着溝３から溝外へ突出するように形成されている。したがって、該部位周辺に水分の溜まるようなスペースは全く形成されないことから、水分が溜まるのを有効に防止することができる。但し上記したように、ガスケット充填率は１００％でなくても９０％以上であれば一定の効果が認められる。

第三実施例・・・
図３は、本発明の第三実施例に係るガスケット１の要部断面を示しており、図３（Ａ）はこのガスケット１の縦断面図、図３（Ｂ）はこのガスケット１を横断面図であって図３（Ａ）におけるＡ−Ａ線断面図をそれぞれ示している。尚、図におけるガスケット１の右側がセルの内側であってすなわち反応面側であり、ガスケット１にとっては内周面側である。また、図におけるガスケット１の左側がセルの外側であってすなわち大気側であり、ガスケット１にとっては外周面側である。

当該実施例に係るガスケット１は、燃料電池のセパレータ（カソード面）２におけるガスケット装着溝３に、予め成形した当該ガスケット１を組み込むタイプの組み込み型ガスケットであって、また相手シール面であるＭＥＡ（膜電極複合体）のイオン交換膜に密接するガスケットであり、その構成要素として、ガスケット装着溝３内に充填配置されたガスケット基部５と、このガスケット基部５の上面に設けられ、イオン交換膜に密接するシールリップ６とを一体に有している。

また、シールリップ６よりもセル内側（図上右側）において、ガスケット装着溝３に対するガスケット充填率（ガスケット装着溝３の容積に対するガスケット１の占める比率）が小さく設定されると、流路内において滞留が発生し易いガスケット装着溝３内に水分が水滴として残り易くなってしまうことから、これを防止するため、ガスケット装着溝３に水分が貯留しないようにシールリップ６よりもセル内側における装着溝３に対するガスケット充填率が比較的大きく設定されており、具体的にはガスケット充填率が１００％（全占有）の状態に設定されている。

また、当該ガスケット１の基部５におけるセル外側側面５ｄには、当該ガスケット１を装着溝３のセル内側側面３ｂに押し付けるための突起７が一体成形されている。この突起７は、基部５のセル外側側面５ｄから横手方向（図上左方向）に突出するように形成されており、その先端部が装着溝３のセル外側側面３ｄに弾性的に接触することによりその反力をもってガスケット１を装着溝３のセル内側側面３ｂに押し付ける。またこの突起７は、図３（Ｂ）に示すように、複数が所定の間隔をもってガスケット１の全周に亙って設けられており、よってガスケット１を全周に亙って装着溝３のセル内側側面３ｂに押し付ける。

したがって、以上の構成によれば、シールリップ６のセル内側に水分の溜まるようなスペースが形成されず、よって水分が溜まることがないことから、水分の貯留を原因として電気の発生効率が低下するのを抑えることができる。尚、上記第一および第二実施例と同様に、ガスケット充填率は１００％でなくても９０％以上であれば一定の効果が認められる。

本発明の第一実施例に係るガスケットの要部断面図であって、図１（Ａ）は同ガスケットを圧縮する以前の状態を示す断面図、図１（Ｂ）は同ガスケットを圧縮した状態を示す断面図 本発明の第二実施例に係るガスケットの要部断面図であって、図２（Ａ）は同ガスケットを圧縮する以前の状態を示す断面図、図２（Ｂ）は同ガスケットを圧縮した状態を示す断面図 本発明の第三実施例に係るガスケットの要部断面図であって、図３（Ａ）は同ガスケットの縦断面図、図３（Ｂ）は同ガスケットの横断面図であって図３（Ａ）におけるＡ−Ａ線断面図 従来例に係るガスケットを備えた燃料電池セルの要部断面図

符号の説明

１ ガスケット
２ セパレータ
３ ガスケット装着溝
３ａ，５ａ 底面
３ｂ，５ｂ セル内側側面
３ｄ，５ｄ セル外側側面
４ イオン交換膜（相手シール面）
５ ガスケット基部
５ｃ 上面
６ シールリップ
７ 突起

Claims (4)

1. 燃料電池におけるセパレータ（２）等のガスケット装着部材に設けたガスケット装着溝（３）に装着されて相手シール面（４）に密接するガスケット（１）であって、前記相手シール面（４）に密接するシールリップ（６）を有するガスケット（１）において、
   前記装着溝（３）に水分が貯留しないように前記シールリップ（６）よりもセル内側における前記装着溝（３）に対するガスケット充填率を大きく設定したことを特徴とする燃料電池用ガスケット。
2. 請求項１の燃料電池用ガスケットにおいて、
   上記ガスケット充填率を１００％に設定したことを特徴とする燃料電池用ガスケット。
3. 請求項１の燃料電池用ガスケットにおいて、
   上記ガスケット充填率を９０％以上に設定したことを特徴とする燃料電池用ガスケット。
4. 請求項１ないし３の何れかに記載した燃料電池用ガスケットにおいて、
   当該ガスケット（１）を装着溝（３）のセル内側側面（３ｂ）に押し付けるための突起（７）を当該ガスケット（１）のセル外側側面（５ｄ）に所要数一体成形してなることを特徴とする燃料電池用ガスケット。

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