JP2007165132A - 燃料電池用構成部材間のシール構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多数枚の構成部材を層積し締結して構成される燃料電池の構成部材間のシール構造であって、シール対象の一方の構成部材は、ガスケット装填用第一溝11と、該第一溝11の両側に沿って形成された第二溝12とを備え、上記第一溝11には、低反力のガスケット4が上記一方の構成部材の表面位置Lを超える盛り上がり状態で装填され、シール対象の他方の構成部材をこの一方の構成部材に合体させて締結一体とした時には、上記ガスケット4の盛り上がり部分が圧縮変形されて上記第二溝12に流入すると共に、シール対象の両構成部材が互いに面接状態とされることを特徴とする。
【選択図】図2
Description
また、上記特許文献2に記載の2段溝構造は、締め付けた際に圧縮されるゴム状弾性体の圧縮破壊を防止するための「逃げ溝」が形成されているにすぎないものである。
また、低荷重でもガスケットが十分に圧縮変形されるので、シール対象の両構成部材へ与えるダメージが少なく、且つ両構成部材のシール面を互いに面接状態(クリアランス0)とできる。よって、構成部材を多数枚層積しても、構成部材間の隙間寸法にばらつきが生じることなく、形状・大きさの一定した燃料電池を構成することができると共に、シール性の優れた構造とすることができる。
更に、第一溝及び第二溝が形成される一方の構成部材の表面位置よりガスケットの表面を盛り上げて形成する構造としているので、シール対象となる他方の構成部材の表面は加工する必要がなく、盛り上がり部分の弾性変形によりシール性が確保され、またフラットなまま適用することができる。
またガスケット材は、上記のようにポリイソブチレンを主材とするものであるので、これが硬化すれば、燃料電池用の構成部材間をシールするガスケットとして、耐酸性、耐熱性、耐湿性、ガスバリア性に優れたものとすることができる。よって、燃料電池の作動時における過酷な環境下でも、シール性を高く維持することができる。更に該ガスケットはポリイソブチレンを主材とする粘着性のあるものでなるため、シール対象となる構成部材にほどよく粘着し、低反力でありながらより一層シール性の高いものとすることができ、第一溝及び第二溝に接着剤なしでガスケットが粘着するので、接着剤を塗布する工程がなくなり、製造が容易なものとなる。
該第二溝の容積をガスケット材の盛り上がり容積の100%より小さくした場合は、ガスケットが構成部材の表面位置からはみ出してしまい、面接状態(クリアランス0)とすることができない傾向となる。
また該第二溝の容積をガスケット材の盛り上がり容積の120%より大きくした場合は、圧縮変形されて第二溝に流入するガスケットと第二溝との間に生じる空間部分が多くなりすぎて、燃料電池の作動時にガスケットが移動しやすくなり、シール性が悪くなってしまう。
燃料電池の燃料ガスとして用いられる水素は、無色、無臭の可燃性のガスで分子量が小さいため僅かな隙間から漏れないよう、また燃料ガスと酸化ガスとが混合すると発電効率が低下するため、セパレータ1、2の所定部位にはガスケット4が一体形成されている。
第一溝11に装填されるガスケット材は、図2(a)に示す表面位置Lを超える程度の盛り上がり状態まで装填された後、その状態で加熱硬化され、ガスケット4となる。そして、図2(b)の白抜き矢印の方向にMEA3をセパレータ1へ合体させて締結一体とした時には、該盛り上がり部分が、図2(b)のように圧縮変形されて第二溝12に流入すると共に、MEA3とセパレータ1とが、互いに面接状態(クリアランス0)とされる。
図2(a)(b)は、第二溝12の容積が、ガスケット材の盛り上がり容積の100%になるように形成された例を示している。このように構成すれば、MEA3とセパレータ1とを層積締結した際に、第二溝12に流入したガスケット4が、セパレータ1の表面位置からはみ出ることなく、MEA3とセパレータ1とを互いに面接状態(クリアランス0)とすることができる。
図3(a)(b)は、第二溝12の容積が、ガスケット材の盛り上がり容積の120%になるように形成された例を示している。このように上記容積を120%までにおさえれば、MEA3とセパレータ1と層積し締結した際に、圧縮変形されて第二溝12に流入するガスケット4と第二溝12との間に生じる空間部分Cにより、燃料電池の作動時にガスケット4が多少移動しても、シール性に影響を与えることなくシール性を保持することができる。
なお、ガスケット材の硬化方法は、加熱硬化、常温硬化等、限定されるものではないが、装填時にガスケット材に含まれてしまう空気を除去した後、常温硬化する方法が簡易でコスト面においても有効である。
なぜなら、これによれば、ディスペンサーD等によって注入装填がなされやすく、また装填後においても、第一溝11の溝縁部11aでの表面張力によって、理想的な盛り上がり部分を形成することができるからである。
ここでポリイソブチレンに充填される充填剤は特に限定するものではないが、例えば酸化チタン、カーボン、シリカ、クレー、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、珪藻土、アルミナ、レキセイ炭、ゼオライト等、一般的に使われる充填剤を用いることができる。また充填剤の他、ポリイソブチレンを主材として配合される添加剤としては、硬化剤、触媒、老化防止剤等が適宜添加される。
またセパレータ1、2としては、ステンレス等の金属板に限らず、導電性樹脂製のものや炭素粉末と合成樹脂とを混ぜて圧縮成型したカーボンプレートであってもよい。
本実施例においては、シール対象のMEA3とセパレータ1とを図3(b)に示す白抜き矢印方向へ締結一体とすると、ガスケット4が圧縮変形され、堰部13を乗り越えて第二溝へと流入すると共に、MEA3とセパレータ1とが互いに面接状態(クリアランス0)となる。
11 第一溝
11a 溝縁部
12 第二溝
13 堰部
3 MEA
4 ガスケット
C 空間部分
D ディスペンサー
L 表面位置
Claims (7)
- 多数枚の構成部材を層積し締結して構成される燃料電池用の構成部材間のシール構造であって、
シール対象の一方の構成部材は、ガスケット装填用第一溝と、該第一溝の両側に沿って形成された第二溝とを備え、上記第一溝には、低反力のガスケットが上記一方の構成部材の表面位置を超える盛り上がり状態で装填され、シール対象の他方の構成部材をこの一方の構成部材に合体させて締結一体とした時には、上記ガスケットの盛り上がり部分が圧縮変形されて上記第二溝に流入すると共に、シール対象の両構成部材が互いに面接状態とされることを特徴とする燃料電池用構成部材間のシール構造。 - 請求項1に記載の燃料電池用構成部材間のシール構造において、
前記ガスケットは、低粘度の未硬化ガスケット材を前記第一溝に注入し、第一溝の溝縁部での表面張力をして前記盛り上がり部分を形成し、この状態で硬化させてなるものであることを特徴とする燃料電池用構成部材間のシール構造。 - 請求項2に記載の燃料電池用構成部材間のシール構造において、
前記ガスケット材は、粘度が5〜10Pa・sのポリイソブチレンを主材とする粘着剤からなり、硬化後の硬度がJISA35〜65°となるものであることを特徴とする燃料電池用構成部材間のシール構造。 - 請求項2又は請求項3に記載の燃料電池用構成部材間のシール構造において、
前記ガスケット材は、ディスペンサーにより前記第一溝に注入装填されるものであることを特徴とする前燃料電池用構成部材間のシール構造。 - 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の燃料電池用構成部材間のシール構造において、
シール対象の両構成部材は、膜−電極接合体及びセパレータであることを特徴とする前燃料電池用構成部材間のシール構造。 - 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の燃料電池用構成部材間のシール構造において、
前記第一溝と、第二溝との間に、一方の構成部材の表面位置より低い高さの堰部が形成されていることを特徴とする前燃料電池用構成部材間のシール構造。 - 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の燃料電池用構成部材間のシール構造において、
前記第二溝の容積は、上記ガスケット材の盛り上がり容積の100〜120%であることを特徴とする前燃料電池用構成部材間のシール構造。
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