JP2008066263A - 燃料電池車両のセパレータに設けられるガスケット構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】不凍液を冷却水として使用する燃料電池車両のスタックから発生する不凍液の漏れによる汚れを防止し、スタックを效率的にする燃料電池車両のセパレータに設けられるガスケット構造を提供する。
【解決手段】 本発明は、セパレータの１面に設けられ、前記不凍液マニホールドの外周に密着設置される第１ガスケットと、不凍液マニホールドから漏れる不凍液による膜電極接合体の汚れが防止できるように不凍液マニホールドの位置する部分を避けて連結形成される第２ガスケットとを有する第１ガスケット部と、前記セパレータの他面に設けられる第３ガスケットと、前記水素及び空気マニホールドとの間に形成される不凍液マニホールドの外側に沿って形成され、前記水素及び空気マニホールドとセパレータとの間に沿って形成される第４ガスケットとを有する第２ガスケット部を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池車両のスタックに備えられるセパレータ１０、および他面にそれぞれ第１、２ガスケット部を密着設置して冷却水マニホールドを介して流動する冷却水の漏れが発生する場合にセパレータの外側から漏れる不凍液による膜電極接合体及びスタックの汚れを防止することができる燃料電池車両のセパレータに設けられるガスケット構造に関するものである。
一般に、燃料電池（Ｆｕｅｌ−Ｃｅｌｌ）は、大きく分けて電気化学反応を起こす電極と、反応により生じる水素イオンを伝達する電解質膜と、前記した電極と電解質とを支持するセパレータからなる。
前記のように、燃料電池のうち高分子電解質燃料電池は、他の形態の燃料電池に比べて効率や電流密度及び出力密度が高くて始動時間が短いと同時に固体電解質を用いるため腐食及び電解質調節が不要な長所を有し、排気ガスから純粋な水のみを排出する親環境的な動力源として現在、全世界の自動車業界で活発に研究が進んでいる。
高分子電解質燃料電池は、水素と酸素との電気化学的反応を介して水と熱を発生させながら、電気を生じる装置であって、供給される水素がＡｎｏｄｅ電極の触媒で水素イオンと電子に分離され、分離された水素イオンは電解質膜を通じてＣａｔｈｏｄｅに移動する。この時、供給された酸素と外部導線からの電子が結合して水を生成し、電気エネルギーを発生させる。この時、発生する理論電位は約１．３Ｖで、反応式は次のようになる。
Ａｎｏｄｅ： Ｈ２ → ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ
Ｃａｔｈｏｄｅ： １／２Ｏ２ ＋ ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ → Ｈ２Ｏ
実際の自動車用燃料電池では、前記電位よりさらに高い電位を要するが、さらに高い電位を得るためには個別単位電池を必要な電位だけ積層する必要があり、このように積層したものをスタック（Ｓｔａｃｋ）と言う。
前記のスタックから発生する熱を冷却するためにセパレータを用いる。セパレータは、電気伝導度が大きいほど電子を円滑に伝導する。電気伝導度の大きいセパレータを用いれば、冷却水としては電気伝導度の低い蒸留水を使用しなければならない。
一方、前記の燃料電池には、水素と空気が反応する反応領域及び各マニホールドから水素、空気及び冷却水の漏れを防止するためシーリング手段を備える必要があり、燃料電池の場合、その特性上、運転及び停止が頻繁に繰り返され、運転中には化学反応による熱発生で収縮膨張が頻繁に起こる。
燃料電池用シーリング構造は、頻繁な収縮膨張が起こる場合にも、密閉性を維持しなければならない。膨張及び収縮過程で燃料電池の各構成要素に発生する応力分布が均一である場合は、疲れによる破壊を防止することができる。
最近では、氷点下で作動しない問題点を改善するためのヒーターによるスタック加熱方式から脱皮し、冷却水を不凍液に変えて使用する努力をしている。
これまでに開発された冷却不凍液には、燃料電池の膜電極接合体を汚し、円滑なイオン交換性を低下させるなど、燃料電池の性能を低下させる問題点があるため、これに対する早急な対応が求められている。このために電極及びマニホールド周りにはガスケットが備えられる。燃料電池シーリングのためのガスケットとしては、製作が容易で厚さの偏差が小さい長所を有するガラス繊維で強化させたシリコンシーツ（ｓｈｅｅｔ）や、テフロン（登録商標）シーツが多く用いられる。しかし、前記のガスケットを実際にスタックに設置する場合、満足できるほどのシーリング効果が得られず、これに対する対応が必要である。
特開２００６−２０２５３５号公報 特開２００３−１２３８００号公報
本発明は、前記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、不凍液を冷却水として使用する燃料電池車両のスタックから発生する不凍液の漏れによる汚れを防止し、スタックを效率的にする燃料電池車両のセパレータに設けられるガスケット構造を提供することである。
前記目的を達成するためになされた本発明による燃料電池車両のセパレータに設けられるガスケット構造は、両側にそれぞれ水素マニホールドと不凍液マニホールド及び空気マニホールドが形成されるセパレータの１面に設けられ、前記不凍液マニホールドの外周に密着設置される第１ガスケットと、前記水素及び空気マニホールドの外周とセパレータの外周に密着設置され、前記不凍液マニホールドから漏れる不凍液による膜電極接合体の汚れが防止できるように不凍液マニホールドの位置する部分を避けて連結形成される第２ガスケットとを有する第１ガスケット部と、前記セパレータの他面に設けられ、水素及び空気マニホールドの外周に密着設置される第３ガスケットと、前記水素及び空気マニホールドとの間に形成される不凍液マニホールドの外側に沿って形成され、前記水素及び空気マニホールドとセパレータとの間に沿って形成される第４ガスケットとを有する第２ガスケット部を含むことを特徴とする。
前記第１ガスケット部の第１、２ガスケットの間には、第１ブリッジが形成されて前記第１、２ガスケットを互いに連結させることを特徴とする。
前記第２ガスケット部の第３、４ガスケットの間には、第２ブリッジが形成されて前記第３、４ガスケットを互いに連結させることを特徴とする。
前記第１ガスケット部の第１、２ガスケットと、第２ガスケット部の第３、４ガスケットは、それぞれ別々に形成されることを特徴とする。
本発明による燃料電池車両のセパレータに設置されるガスケット構造は、不凍液を冷却水として使用する燃料電池車両から前記不凍液の漏れによる膜電極接合体及びスタック全体の汚れを事前に防止するとともに、スタックの熱放出が安定的になり、スタックの性能を向上させると共に故障を防止する効果がある。
以下、本発明に係る燃料電池車両のセパレータに設置されるガスケット構造の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明による燃料電池車両のセパレータに設けられる第１、２ガスケット部を示した図面であり、図２は、第１ガスケット部の他の実施形態を示した図面である。また、図３は、本発明による燃料電池車両のセパレータに設けられる第２ガスケット部の他の実施形態を示した図面であり、図４（ａ）および図４（ｂ）は、本発明による燃料電池車両のセパレータに設けられるガスケットの使用状態図である。
図１および図２に示すように、セパレータ１０の両側には、それぞれ水素マニホールド１２と、不凍液マニホールド１４及び空気マニホールド１６が設けられる。不凍液マニホールド１４の外周には、密着して第１ガスケット１１０が設置される。水素及び空気マニホールド１２、１６の外周とセパレータ１０の端外周には、第２ガスケット１２０を有する第１ガスケット部１００が備えられている。第１ガスケット部１００には、不凍液マニホールド１４が位置する部分の汚れが防止できるように、不凍液マニホールド１４の位置する部分を避けて第２ガスケット１２０が連結形成される。
また、セパレータ１０の他面に設けられ、水素及び空気マニホールド１２、１６の外周に沿って密着設置される第３ガスケット２１０と、水素及び空気マニホールド１２、１６との間に形成される不凍液マニホールド１４の外周に沿って形成され、水素及び空気マニホールド１２、１６とセパレータ１０との間に沿って設置される第４ガスケット２２０とから形成される第２ガスケット部２００を有している。
第１ガスケット部１００の第１、２ガスケット１１０、１２０との間には、第１ブリッジ１３０が形成されて第１、２ガスケット１１０、１２０を互いに連結するように構成されている。
第２ガスケット部２００の第３、４ガスケット２１０、２２０との間には、第２ブリッジ２３０が形成されて第３、４ガスケット２１０、２２０を互いに連結するように構成されている。
第１ガスケット部１００の第１、２ガスケット１１０、１２０と、第２ガスケット部２００の第３、４ガスケット２１０、２２０とは、それぞれ別々に形成されている。
本発明による燃料電池車両のセパレータに設けられるガスケット構造の使用状態を図面を参照しながら説明する。
図４（ａ）に示すように、セパレータ１０の１面及び他面上に第１、２ガスケット部１００、２００が密着設置される状態で、不凍液マニホールド１４を介して流動する不凍液が第１ガスケット１１０の外側に発生するようになれば、第１ガスケット１１０を通じて第２ガスケット１２０に不凍液が移動するようになり、膜電極接合体（ＭＥＡ）の領域に侵透し、膜電極接合体が汚染される。
前記のように、膜電極接合体が汚れることを防止するために、矢印方向に不凍液の漏れが発生すると、不凍液マニホールド１４が位置する部分の第２ガスケット１２０は不凍液マニホールド１４を避けて連結されているため、膜電極接合体に不凍液が浸透せず、セパレータ１０の外側に安定的に排出される。
図４（ｂ）に示すように、セパレータ１０の他の面では、不凍液マニホールド１４から漏れる不凍液が空気マニホールド１２と水素マニホールド１６に移動して膜電極接合体を汚すことがないように、第３ガスケット２１０と、第４ガスケット２２０との間に不凍液が移動するようになる。好ましくは、矢印で示した方向に沿ってセパレータ１０の外側に排出されて膜電極接合体の汚れを防止する。
本発明の他の実施形態によれば、第１ガスケット部１００に第１ブリッジ１３０が形成される状態で使用可能であり、第２ガスケット部２００に第２ブリッジ２３０が形成される状態でも使用可能である。前記のように、第１、２ブリッジ１３０、２３０が備えられると、セパレータ１０の１面および他面に、より簡単に設置することができる。セパレータ１０に設置して使用することについては前記同様であるため説明を省略する。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
本発明による燃料電池車両のセパレータに設ける第１、２ガスケット部を示した図面である。 本発明による燃料電池車両のセパレータに設ける第１ガスケット部の他の実施例を示した図面である。 本発明による燃料電池車両のセパレータに設ける第２ガスケット部の他の実施例を示した図面。 （ａ）、（ｂ）は、本発明による燃料電池車両のセパレータに設ける第１、２ガスケット部の使用状態図である。
符号の説明
１０…セパレータ
１００…第１ガスケット部
１１０、１２０…第１、２ガスケット
１３０…第１ブリッジ
２００…第２ガスケット部
２１０、２２０…第３、４ガスケット
２３０…第２ブリッジ

Claims (4)

  1. 両側にそれぞれ水素マニホールドと不凍液マニホールド及び空気マニホールドが形成されるセパレータの１面に設けられ、前記不凍液マニホールドの外周に密着設置される第１ガスケットと、前記水素及び空気マニホールドの外周とセパレータの外周に密着設置され、前記不凍液マニホールドから漏れる不凍液による膜電極接合体の汚れが防止できるように不凍液マニホールドの位置する部分を避けて連結形成される第２ガスケットとを有する第１ガスケット部と、
    前記セパレータの他面に設けられ、水素及び空気マニホールドの外周に密着設置される第３ガスケットと、前記水素及び空気マニホールドとの間に形成される不凍液マニホールドの外側に沿って形成され、前記水素及び空気マニホールドとセパレータとの間に沿って形成される第４ガスケットとを有する第２ガスケット部を含むことを特徴とする燃料電池車両のセパレータに設けられるガスケット構造。
  2. 前記第１ガスケット部の第１、２ガスケットの間には、第１ブリッジが形成されて前記第１、２ガスケットを互いに連結させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両のセパレータに設けられるガスケット構造。
  3. 前記第２ガスケット部の第３、４ガスケットの間には、第２ブリッジが形成されて前記第３、４ガスケットを互いに連結させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両のセパレータに設けられるガスケット構造。
  4. 前記第１ガスケット部の第１、２ガスケットと、第２ガスケット部の第３、４ガスケットは、それぞれ別々に形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両のセパレータに設けられるガスケット構造。
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