JP2008210531A - Gasket, and fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gasket capable of improving hermeticity of a fuel cell. <P>SOLUTION: An intermediate part 103 of a gasket comprises a small crosssectional area part 103a which is so formed that the crosssectional area of a border part 103a to contact parts 101 and 102 is smaller than the contact area of a separator 40 to the contact parts 101 and 102. The contact part 101 is sufficiently thinner than the thickness of the intermediate part, and the small crosssectional area part 103a of the intermediate part is easy to break under the pressure in the direction of enlargement/reduction of clearance when compared with other parts. So the intermediate part 103 expands/contracts against the pressure in the direction of enlargement/reduction of clearance for the most part. Therefor, the contact part 101 of a gasket 100 is so formed that the contact area between a contact surface 101a and the separator 40 does not change, in other words, it is kept constant. The clearance between the separators 40 smoothly enlarges following expansion/contraction of a MEGA25. Thus, damages on the MEGA25 is suppressed for improved power generation efficiency of a fuel cell. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池構成部品に関し、特に、気密性を向上するガスケットの構造に関する。   The present invention relates to a fuel cell component, and more particularly, to a gasket structure that improves airtightness.

燃料電池には、例えば、固体高分子型燃料電池がある。固体高分子型燃料電池は、電解質膜、電解質膜の両側に配置された1対の電極層(アノード、カソード)、電極層の両側に配置された多孔質のガス拡散層、および、電解質膜、電極層を狭持するセパレータを有するセルを複数積層して構成されている。燃料ガスや酸化ガスなどの燃料電池の発電に用いられる反応ガスは、セパレータを積層することにより燃料電池内部に形成されるマニホールドを流れ、ガス拡散層を介して膜電極接合体へ供給される。このような燃料電池において、セパレータ間の、膜電極接合体および拡散層の外周にガスケットを配置して、膜電極接合体およびガス拡散層からの反応ガスの、セパレータとガスケットの境界面からの漏洩を抑制している。   Examples of the fuel cell include a polymer electrolyte fuel cell. The polymer electrolyte fuel cell includes an electrolyte membrane, a pair of electrode layers (anode, cathode) disposed on both sides of the electrolyte membrane, a porous gas diffusion layer disposed on both sides of the electrode layer, and an electrolyte membrane. A plurality of cells each having a separator for sandwiching an electrode layer are stacked. A reactive gas used for power generation of a fuel cell, such as a fuel gas or an oxidizing gas, flows through a manifold formed inside the fuel cell by stacking separators, and is supplied to the membrane electrode assembly through the gas diffusion layer. In such a fuel cell, a gasket is disposed on the outer periphery of the membrane electrode assembly and the diffusion layer between the separators, and the reaction gas from the membrane electrode assembly and the gas diffusion layer leaks from the interface between the separator and the gasket. Is suppressed.

ガスケットは、例えば、樹脂により形成され、外部からの圧力を受けてセパレータに粘着して、ガスケットとセパレータ間を封止している。ガスケットは、燃料電池の動作時に、膜電極接合体やガス拡散層の膨張収縮に追従して伸縮し、セパレータとガスケットの境界面を封止するとともに、膜電極接合体やガス拡散層の損傷を抑制する。   The gasket is formed of, for example, a resin and adheres to the separator under pressure from the outside to seal between the gasket and the separator. The gasket expands and contracts following the expansion and contraction of the membrane electrode assembly and gas diffusion layer during operation of the fuel cell, sealing the interface between the separator and the gasket, and damaging the membrane electrode assembly and gas diffusion layer. Suppress.

特開2005−302526号公報JP 2005-302526 A

しかしながら、膜電極接合体やガス拡散層の膨張収縮により、ガスケットとセパレータとの接触面積が変化することがある。そのため、ガスケットとセパレータとの間の粘着力が増加して、膜電極接合体やガス拡散層の膨張収縮への追従性が低下することにより、膜電極接合体やガス拡散層の損傷の虞がある。   However, the contact area between the gasket and the separator may change due to expansion and contraction of the membrane electrode assembly and the gas diffusion layer. Therefore, the adhesive force between the gasket and the separator is increased, and the followability to expansion and contraction of the membrane electrode assembly and the gas diffusion layer is reduced, which may cause damage to the membrane electrode assembly and the gas diffusion layer. is there.

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池構成部品の損傷の抑制を目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and aims to suppress damage to fuel cell components.

上述の課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の第1の態様は、内容物を挟んで配置された第1の板材と第2の板材の間に、内容物を囲むように配置され、内容物の膨張および収縮に応じて伸縮し、2つの板材の間を封止するガスケットを提供する。第1の態様のガスケットは、内容物の伸縮に関わらず一定の第1の接触面積で第1の板材と接触する第1の接触部と、内容物の伸縮に関わらず一定の第2の接触面積で第2の板材と接触する第2の接触部と、前記第1の接触部および前記第2の接触部と一体的に形成されている中間部であって、第1の接触部および第2の接触部の厚みに比べて厚い所定の厚みを有し、断面積が第1の接触面積および第2の接触面積よりも小さい小断面積部を有する中間部とを備えることを要旨とする。   In order to solve at least a part of the problems described above, the first aspect of the present invention is arranged so as to surround the contents between the first plate and the second plate arranged with the contents sandwiched therebetween. And a gasket that expands and contracts according to the expansion and contraction of the contents and seals between the two plates. The gasket according to the first aspect includes a first contact portion that contacts the first plate member with a constant first contact area regardless of expansion and contraction of the contents, and a constant second contact regardless of expansion and contraction of the contents. A second contact portion that contacts the second plate member in area, and an intermediate portion formed integrally with the first contact portion and the second contact portion, wherein the first contact portion and the second contact portion And an intermediate portion having a predetermined thickness that is thicker than the thickness of the second contact portion and having a cross-sectional area smaller than the first contact area and the second contact area. .

第1の態様のガスケットによれば、内容物の膨張もしくは収縮にかかわらず、第1の板材と第1の接触部、および第2の板材と第2の接触部の接触面積を一定に保持できる。また、中間部は第1の接続部および第2の接続部に対して厚いため、クリアランスの拡大縮小方向への圧力に対して中間部が主として伸縮する。よって、第1の接触部および第2の接触部の変形を抑制できる。また、中間部は、第1の接触部と第2の接触部との境界部分に小断面積部を備えるためガスケットの他の部分に比してクリアランスの拡大縮小方向への圧力に対して脆弱である。よって、ガスケットの伸縮性を向上でき、内容物の膨張収縮に対する追従性を向上できる。よって、内容物は円滑に膨張縮でき、気密性を維持しながら、内容物の損傷を抑制できる。   According to the gasket of the first aspect, the contact area between the first plate member and the first contact portion and between the second plate member and the second contact portion can be kept constant regardless of the expansion or contraction of the contents. . Further, since the intermediate part is thicker than the first connection part and the second connection part, the intermediate part mainly expands and contracts with respect to the pressure in the direction of enlargement / reduction of the clearance. Therefore, deformation of the first contact portion and the second contact portion can be suppressed. In addition, since the intermediate portion includes a small cross-sectional area portion at the boundary portion between the first contact portion and the second contact portion, the intermediate portion is more vulnerable to pressure in the direction of expansion / contraction of the clearance than other portions of the gasket. It is. Therefore, the stretchability of the gasket can be improved, and the followability to the expansion and contraction of the contents can be improved. Therefore, the contents can be smoothly expanded and contracted, and damage to the contents can be suppressed while maintaining airtightness.

第1の態様のガスケットにおいて、第1の接触部および第2の接触部は、中間部の厚みに比べて薄い所定の厚みを有する平板状に形成されていてもよい。   In the gasket of the first aspect, the first contact portion and the second contact portion may be formed in a flat plate shape having a predetermined thickness that is thinner than the thickness of the intermediate portion.

第1の態様のガスケットによれば、接触部の厚みは中間部の厚みに対して十分薄いため、第1の接触部および第2の接触部の変形量を低減でき、第1の接触部と第1の板材、および、第2の接触部と第2の板材との接触面積の増加を抑制できる。従って、内容物の膨張収縮に対する追従性を向上できる。   According to the gasket of the first aspect, since the thickness of the contact portion is sufficiently thinner than the thickness of the intermediate portion, the deformation amount of the first contact portion and the second contact portion can be reduced, and the first contact portion and An increase in the contact area between the first plate member and the second contact portion and the second plate member can be suppressed. Accordingly, it is possible to improve the followability to the expansion and contraction of the contents.

第1の態様のガスケットにおいて、変形時における中間部の断面積の最大値は、第1の接触面および第2の接触面より小さくてもよい。   In the gasket according to the first aspect, the maximum value of the cross-sectional area of the intermediate portion at the time of deformation may be smaller than that of the first contact surface and the second contact surface.

第1の態様のガスケットによれば、中間部が最大限変形した場合にも、第1の接触面および第2の接触面と中間部との接触を高い精度で抑制できる。   According to the gasket of the first aspect, even when the intermediate portion is deformed to the maximum extent, the contact between the first contact surface and the second contact surface and the intermediate portion can be suppressed with high accuracy.

第1の態様のガスケットにおいて、第1の接触面と第1の板材、および、第2の接触面と第2の板材少なくとも一方の接触界面は、接着手段により接着されていてもよい。   In the gasket according to the first aspect, the first contact surface and the first plate member, and the contact interface of at least one of the second contact surface and the second plate member may be bonded by an adhesive means.

第1の態様のガスケットによれば、第1の接触面と第1の板材との間の気密性、および、第2の接触面と第2の板材との間の気密性を向上できるとともに、製造過程における負荷を軽減できる。   According to the gasket of the first aspect, the airtightness between the first contact surface and the first plate member, and the airtightness between the second contact surface and the second plate member can be improved, The load in the manufacturing process can be reduced.

本発明の第2の態様は、燃料電池を提供する。第2の態様の燃料電池は、電解質膜の両側に電極が形成された膜電極接合体と、膜電極接合体を狭持するように配置され、膜電極接合体に対向する部分に、反応ガスを供給するための流路が形成された一対のセパレータと、一対のセパレータの間、かつ、膜電極接合体の外周に配置され、一対のセパレータに当接して反応ガスを封止するガスケットとを備える。ガスケットは、内容物の伸縮に関わらず一定の第1の接触面積で第1の板材と接触する第1の接触部と、内容物の伸縮に関わらず一定の第2の接触面積で第2の板材と接触する第2の接触部と、第1の接触部および前記第2の接触部と一体的に、第1の接触部および第2の接触部の厚みに比べて厚い所定の厚さに形成され、断面積が第1の接触面積および第2の接触面積よりも小さい小断面積部を有し、第1の板材および第2の板材の間隔の変化に追従して変形する中間部を備えることを要旨とする。   A second aspect of the present invention provides a fuel cell. The fuel cell according to the second aspect includes a membrane electrode assembly in which electrodes are formed on both sides of an electrolyte membrane, a membrane electrode assembly arranged so as to sandwich the membrane electrode assembly, and a reactive gas at a portion facing the membrane electrode assembly. A pair of separators formed with a flow path for supplying gas, and a gasket that is disposed between the pair of separators and on the outer periphery of the membrane electrode assembly and seals the reaction gas in contact with the pair of separators. Prepare. The gasket includes a first contact portion that contacts the first plate member with a constant first contact area regardless of the expansion and contraction of the contents, and a second contact area with a constant second contact area regardless of the expansion and contraction of the contents. The second contact portion that contacts the plate material, the first contact portion, and the second contact portion are integrated with the first contact portion and the second contact portion to a predetermined thickness that is thicker than the first contact portion and the second contact portion. An intermediate portion that is formed and has a small cross-sectional area portion whose cross-sectional area is smaller than the first contact area and the second contact area, and deforms following the change in the interval between the first plate member and the second plate member. The gist is to provide.

第2の態様の燃料電池は、膜電極接合体の膨張収縮にかかわらず、セパレータと第1の接触面、およびセパレータと第2の接触面の接触面積を一定に保持できるガスケットを備える。従って、第2の態様の燃料電池によれば、膜電極接合体の膨張収縮に対するガスケットの追従性を向上できる。よって、膜電極接合体は膨張収縮を円滑に行えるため、膜電極接合体の損傷を抑制できる。   The fuel cell according to the second aspect includes a gasket that can maintain a constant contact area between the separator and the first contact surface and between the separator and the second contact surface regardless of the expansion and contraction of the membrane electrode assembly. Therefore, according to the fuel cell of the second aspect, the followability of the gasket with respect to the expansion and contraction of the membrane electrode assembly can be improved. Therefore, since the membrane / electrode assembly can smoothly expand and contract, damage to the membrane / electrode assembly can be suppressed.

本発明において、上述した種々の態様は、適宜、組み合わせたり、一部を省略したりできる。   In the present invention, the various aspects described above can be appropriately combined or partially omitted.

A.第1実施例
A1.燃料電池概略構成
第1実施例の燃料電池の概略構成について、図1および図2を参照して説明する。図1は、第1実施例における燃料電池の概略構成を例示する斜視図である。図2は、第1実施例における燃料電池の断面図を例示する説明図である。第1実施例の燃料電池1000は、水素ガスと空気との供給を受け、水素と酸素との電気化学反応により発電する固体高分子型の燃料電池である。
A. First Example A1. Schematic Configuration of Fuel Cell A schematic configuration of the fuel cell according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a fuel cell in the first embodiment. FIG. 2 is an explanatory view illustrating a cross-sectional view of the fuel cell in the first embodiment. The fuel cell 1000 according to the first embodiment is a solid polymer fuel cell that receives supply of hydrogen gas and air and generates power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen.

図1に示すように、燃料電池1000は、電解質膜を有する中間部材20、電気化学反応により生ずる電気を集電する隔壁としてのセパレータ40を備える。セパレータ40および中間部材20は順に繰り返し積層され、その両端からエンドプレート85,86により狭持されている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell 1000 includes an intermediate member 20 having an electrolyte membrane, and a separator 40 as a partition that collects electricity generated by an electrochemical reaction. The separator 40 and the intermediate member 20 are repeatedly laminated in order, and are sandwiched by end plates 85 and 86 from both ends thereof.

エンドプレート85には、アノードガスを供給する供給孔85a、カソードガスを供給する供給孔85b、アノードオフガスを排出する排出孔85c、カソードオフガスを排出する排出孔85d、冷却水を供給する供給孔85e、冷却水を排出する排出孔85fが形成されている。アノードガスは、図示しない水素タンクから供給孔85aを介して燃料電池1000内部に供給される。カソードガスは、図示しないコンプレッサで圧縮され供給孔85bを介して燃料電池1000内部に供給される。冷却水は、図示しないラジエータで冷却され供給孔85eを介して燃料電池1000に供給される。   The end plate 85 has a supply hole 85a for supplying anode gas, a supply hole 85b for supplying cathode gas, a discharge hole 85c for discharging anode off gas, a discharge hole 85d for discharging cathode off gas, and a supply hole 85e for supplying cooling water. A discharge hole 85f for discharging the cooling water is formed. The anode gas is supplied into the fuel cell 1000 from a hydrogen tank (not shown) through the supply hole 85a. The cathode gas is compressed by a compressor (not shown) and supplied into the fuel cell 1000 through the supply hole 85b. The cooling water is cooled by a radiator (not shown) and supplied to the fuel cell 1000 through the supply hole 85e.

中間部材20は、図2に示すように、膜電極接合体24(MEA:Membrane Electrode Assembly)、ガス拡散層23a、23b、ガスケット100、および、樹脂部30を備える。ガス拡散層23a、23bはMEA24の両面に配置されている。第1実施例では、MEA24、ガス拡散層23aおよびガス拡散層23bから構成される部材をMEGA25と呼ぶ。   As shown in FIG. 2, the intermediate member 20 includes a membrane electrode assembly 24 (MEA: Membrane Electrode Assembly), gas diffusion layers 23 a and 23 b, a gasket 100, and a resin portion 30. The gas diffusion layers 23 a and 23 b are disposed on both surfaces of the MEA 24. In the first embodiment, a member composed of the MEA 24, the gas diffusion layer 23a, and the gas diffusion layer 23b is referred to as MEGA 25.

MEA24は、電解質膜21の一方の面上に、カソード電極触媒層22aを備え,電解質膜21の他方の面上にアノード電極触媒層22bを備える。電解質膜21は、例えば、ナフィオンにより形成される。電解質膜21の表面上に形成されたカソード電極触媒層22a,アノード電極触媒層22bは、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金が担持されて形成されている。   The MEA 24 includes a cathode electrode catalyst layer 22 a on one surface of the electrolyte membrane 21, and an anode electrode catalyst layer 22 b on the other surface of the electrolyte membrane 21. The electrolyte membrane 21 is made of Nafion, for example. The cathode electrode catalyst layer 22a and the anode electrode catalyst layer 22b formed on the surface of the electrolyte membrane 21 are formed by supporting a catalyst that promotes an electrochemical reaction, for example, platinum.

ガス拡散層23a,23bは、気孔率が約20%程度のカーボン製の多孔体であり、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパによって形成されている。ガス拡散層23a,23bは、接合によりMEA24と一体化されてMEGA25となる。ガス拡散層23a,23bは、その厚み方向に反応ガスを拡散する。   The gas diffusion layers 23a and 23b are carbon porous bodies having a porosity of about 20%, and are formed of, for example, carbon cloth or carbon paper. The gas diffusion layers 23a and 23b are integrated with the MEA 24 by bonding to form the MEGA 25. The gas diffusion layers 23a and 23b diffuse the reaction gas in the thickness direction.

MEGA25は、外周がガスケット100で囲まれており、MEGA25とガスケット100と一体的に形成されている。ガスケット100の外周には樹脂部30が形成されており、図1に示すように中間部材20の4辺に沿って樹脂部30にマニホールド用の連通孔20a〜20fが形成されている。   The outer periphery of the MEGA 25 is surrounded by the gasket 100, and the MEGA 25 and the gasket 100 are integrally formed. A resin portion 30 is formed on the outer periphery of the gasket 100, and manifold communication holes 20a to 20f are formed in the resin portion 30 along the four sides of the intermediate member 20, as shown in FIG.

ガスケット100は、シリコーンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴムなど、弾性を有するゴム製の絶縁性樹脂材料からなり、MEGA25の外周に射出成形することでMEGA25と一体的に形成されている。本実施例では、ガスケット100の材料として、シリコーンゴムが用いられている。ガスケット100は、接触部101,102および中間部103を備える。接触部101は、接触面101aでセパレータ40と接触し、接触部102は、接触面102aでセパレータ40と接触する。中間部103は、接触部101と102との間に形成されており、接触部101,102との境界部分103aの断面積が接触部101および102とセパレータ40との接触面積よりも小さくなるように形成されている。かかる境界部分103aを、以降、第1実施例では、小断面積部103aと呼ぶ。ガスケットの中間部103は、MEGA25の膨張収縮に伴って伸縮する。従って、セパレータ40間の間隔はMEGA25の膨張収縮に追従して変化する。MEGA25の膨張収縮に対するガスケットの追従性については後述する。   The gasket 100 is made of an insulating resin material made of rubber, such as silicone rubber, butyl rubber, and fluorine rubber, and is integrally formed with the MEGA 25 by injection molding on the outer periphery of the MEGA 25. In this embodiment, silicone rubber is used as the material of the gasket 100. The gasket 100 includes contact portions 101 and 102 and an intermediate portion 103. Contact portion 101 contacts separator 40 at contact surface 101a, and contact portion 102 contacts separator 40 at contact surface 102a. The intermediate portion 103 is formed between the contact portions 101 and 102 so that the cross-sectional area of the boundary portion 103a between the contact portions 101 and 102 is smaller than the contact area between the contact portions 101 and 102 and the separator 40. Is formed. Such a boundary portion 103a is hereinafter referred to as a small cross-sectional area portion 103a in the first embodiment. The intermediate portion 103 of the gasket expands and contracts as the MEGA 25 expands and contracts. Accordingly, the interval between the separators 40 changes following the expansion and contraction of the MEGA 25. The followability of the gasket to the expansion and contraction of the MEGA 25 will be described later.

次に電気化学反応により生ずる電気を集電するセパレータ40について説明する。セパレータ40は、三つの金属の薄板を積層して形成される三層積層型のセパレータ40である。具体的には、ガス拡散層23aと接触するカソードプレート41と、ガス拡散層23bと接触するアノードプレート43と、両プレートの中間に挟まれ、主に冷却水の流路となる中間プレート42とから構成されている。三つのプレートは、その厚み方向に、流路用の凹凸形状のない平坦な表面を有し(つまり、ガス拡散層23a,23bとの接触面が平坦であり)、ステンレス鋼やチタン,チタン合金など、導電性の金属材料から構成されている。また、三つのプレートには、上述の各種マニホールドを構成する貫通孔が設けられている。こうした構造の三つのプレートを積層して接合することで、セパレータ40の内部には、各種流体の流路が形成される。   Next, the separator 40 that collects electricity generated by an electrochemical reaction will be described. The separator 40 is a three-layer laminated separator 40 formed by laminating three thin metal plates. Specifically, a cathode plate 41 that is in contact with the gas diffusion layer 23a, an anode plate 43 that is in contact with the gas diffusion layer 23b, and an intermediate plate 42 that is sandwiched between the two plates and mainly serves as a cooling water flow path. It is composed of The three plates have a flat surface with no irregularities for the flow path in the thickness direction (that is, the contact surfaces with the gas diffusion layers 23a and 23b are flat), and are made of stainless steel, titanium, or titanium alloy. For example, it is made of a conductive metal material. Further, the three plates are provided with through holes that constitute the various manifolds described above. By laminating and joining the three plates having such a structure, flow paths for various fluids are formed inside the separator 40.

燃料電池1000は、所定の締結圧で締結されている。所定の締結力での締結時にセパレータ40間に形成される隙間をクリアランスと呼ぶ。第1実施例では、所定の締結力での締結時のクリアランスはLである。   The fuel cell 1000 is fastened with a predetermined fastening pressure. A gap formed between the separators 40 at the time of fastening with a predetermined fastening force is called clearance. In the first embodiment, the clearance at the time of fastening with a predetermined fastening force is L.

A2.ガスケット詳細構成:
ガスケットの詳細構成について、図3及び図4を参照して説明する。図3は、第1実施例におけるガスケットとセパレータ40との接触面積について説明する模式図である。図4は、従来技術におけるガスケットとセパレータ40との接触面積について説明する模式図である。図3および図4では、説明を簡易にするために、ガスケットとMEGA25とが一体的に形成されていないように示している。
A2. Gasket details:
A detailed configuration of the gasket will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the contact area between the gasket and the separator 40 in the first embodiment. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the contact area between the gasket and the separator 40 in the prior art. In FIG. 3 and FIG. 4, in order to simplify the description, the gasket and the MEGA 25 are illustrated as not being integrally formed.

図3および図4に示すように、従来技術の燃料電池および第1実施例の燃料電池において、所定の締結圧での締結時(通常時)、ガスケットはセパレータ40と接触面積d1で接触している。この際のガスケットの弾性力は従来技術および第1実施例ともに、弾性力F1である。ガスケットは樹脂製であるため、燃料電池の締結時に加えられる締結圧によりセパレータ40に粘着する。   As shown in FIGS. 3 and 4, in the fuel cell of the prior art and the fuel cell of the first embodiment, the gasket is in contact with the separator 40 at the contact area d1 at the time of fastening with a predetermined fastening pressure (normal time). Yes. The elastic force of the gasket at this time is the elastic force F1 in both the prior art and the first embodiment. Since the gasket is made of resin, it adheres to the separator 40 due to the fastening pressure applied when the fuel cell is fastened.

MEGA25の膨張時、クリアランスはLから拡大する。従来技術では、ガスケット200のセパレータ40との接触面201は略球形であるため、クリアランスの拡大により、ガスケットがセパレータ40から剥離し始め、ガスケット200とセパレータ40との接触面積が減少し始める。例えば、図4に示すように、ガスケット200とセパレータ40との接触面積がd1からd2となる(d1>d2)。この際、ガスケット200のセパレータ40に対する粘着力F2が、セパレータ40との粘着を維持するために、言い換えれば、セパレータ40との接触面積減少を抑制するために、クリアランスの拡大を妨げる方向に作用する。   When the MEGA 25 is expanded, the clearance increases from L. In the prior art, since the contact surface 201 of the gasket 200 with the separator 40 is substantially spherical, the gasket starts to peel from the separator 40 due to the increase in clearance, and the contact area between the gasket 200 and the separator 40 starts to decrease. For example, as shown in FIG. 4, the contact area between the gasket 200 and the separator 40 is d1 to d2 (d1> d2). At this time, the adhesive force F2 of the gasket 200 with respect to the separator 40 acts in the direction of preventing the clearance from being increased in order to maintain the adhesion with the separator 40, in other words, to suppress a decrease in the contact area with the separator 40. .

弾性力F1と粘着力F2との関係が以下の(式1)の場合には、ガスケット200による気密性が確保されるとともに、MEGA25の膨張に伴ってセパレータ40間のクリアランスが円滑に拡大する。従って、MEGA25の膨張に対するガスケット200の追従性は維持される。   When the relationship between the elastic force F <b> 1 and the adhesive force F <b> 2 is (Formula 1) below, airtightness by the gasket 200 is ensured, and the clearance between the separators 40 is smoothly expanded as the MEGA 25 expands. Therefore, the followability of the gasket 200 with respect to the expansion of the MEGA 25 is maintained.

弾性力F1−粘着力F2>0 …(式1)   Elastic force F1-Adhesive force F2> 0 (Formula 1)

しかし、弾性力F1と粘着力F2が(式2)の関係の場合、すなわち、粘着力F2が弾性力F1よりも大きくなると、セパレータ40間のクリアランスは弾性力F1と粘着力F2とがほぼ等しくなった状態から拡大できない。従って、MEGA25の膨張に対するガスケット200の追従性が維持されない。この結果、MEGA25の膨張によりMEA24やガス拡散層に負荷がかかって損傷し、燃料電池1000の発電効率が低下する。   However, when the elastic force F1 and the adhesive force F2 are in the relationship of (Equation 2), that is, when the adhesive force F2 is larger than the elastic force F1, the clearance between the separators 40 is approximately equal to the elastic force F1 and the adhesive force F2. Cannot expand from the state. Therefore, the followability of the gasket 200 with respect to the expansion of the MEGA 25 is not maintained. As a result, the MEA 25 expands and the MEA 24 and the gas diffusion layer are loaded and damaged, and the power generation efficiency of the fuel cell 1000 is reduced.

弾性力F1−粘着力F2<0 …(式2)   Elastic force F1-Adhesive force F2 <0 (Formula 2)

粘着力F2は、ガスケット200とセパレータ40との接触時間が長くなるに伴い、また、ガスケット200とセパレータ40との接触圧力が高くなるにつれて大きくなる。係る場合に、追従性低下という問題が生じやすい。また、ガスケット200の弾性力F1は、低温環境下では低下するため、相対的に粘着力F2の影響が増大する。よって、低温環境下においても追従性低下という問題が生じやすい。   The adhesive force F2 increases as the contact time between the gasket 200 and the separator 40 increases and the contact pressure between the gasket 200 and the separator 40 increases. In such a case, the problem of low follow-up tends to occur. Further, since the elastic force F1 of the gasket 200 decreases in a low temperature environment, the influence of the adhesive force F2 is relatively increased. Therefore, the problem of low followability tends to occur even in a low temperature environment.

一方、第1実施例のガスケット100は、接触部101が所定の厚みを有する平板状に形成され、中間部103は、中間部103と接触部101との境界部分103aの断面積が小さくなるように形成されている小断面積部103aを備える。接触部101の厚みは中間部の厚みに対して十分薄く、また、小断面積部103aは他の部分に比してクリアランスの拡大縮小方向への圧力に対して脆弱であるため、クリアランスの拡大縮小方向への圧力に対して中間部103が主として伸縮する。従って、ガスケット100の接触部101は、伸縮によって接触面101aとセパレータ40との接触面積が変化しないように、すなわち、常に一定となるように形成されている。また、変形時におけるガスケットの中間部103の断面積の最大値が、第1の接触面とセパレータとの接触面積、および、第2の接触面102aとセパレータとの接触面積より小さくなるように形成されている。こうすれば、変形時に中間部がセパレータに接触することを抑制できる。   On the other hand, in the gasket 100 of the first embodiment, the contact part 101 is formed in a flat plate shape having a predetermined thickness, and the intermediate part 103 has a small cross-sectional area of the boundary part 103a between the intermediate part 103 and the contact part 101. A small cross-sectional area 103a. Since the thickness of the contact portion 101 is sufficiently smaller than the thickness of the intermediate portion, and the small cross-sectional area portion 103a is more vulnerable to pressure in the direction of clearance enlargement / reduction than other portions, the clearance increases. The intermediate portion 103 mainly expands and contracts with respect to the pressure in the reduction direction. Therefore, the contact portion 101 of the gasket 100 is formed so that the contact area between the contact surface 101a and the separator 40 does not change due to expansion and contraction, that is, always constant. Further, the maximum value of the sectional area of the intermediate portion 103 of the gasket at the time of deformation is formed to be smaller than the contact area between the first contact surface and the separator and the contact area between the second contact surface 102a and the separator. Has been. If it carries out like this, it can suppress that an intermediate part contacts a separator at the time of a deformation | transformation.

よって、MEGA25の膨張時、クリアランスが変化しても、ガスケット100の接触面101aとセパレータ40との接触面積が変化しないため、粘着力F2は、弾性力F1に対向する方向には作用せず、クリアランスの拡大は妨げられない。従って、ガスケット100による気密性が確保されるとともに、MEGA25の膨張に伴ってセパレータ40間のクリアランスが円滑に拡大する。従って、MEGA25の膨張に対するガスケット100の追従性は維持される。   Therefore, when the MEGA 25 expands, even if the clearance changes, the contact area between the contact surface 101a of the gasket 100 and the separator 40 does not change, so the adhesive force F2 does not act in the direction opposite to the elastic force F1, Expansion of clearance is not hindered. Therefore, airtightness by the gasket 100 is ensured, and the clearance between the separators 40 is smoothly expanded as the MEGA 25 expands. Therefore, the followability of the gasket 100 with respect to the expansion of the MEGA 25 is maintained.

第1実施例のガスケット100によれば、接触部と中間部との境界の断面積を接触部とセパレータ40との接触面積より小さくなるように形成しているため、セパレータ40間のクリアランスの拡大にかかわらず接触部とセパレータ40との接触面積を一定に維持できる。従って、ガスケットとセパレータ40間の気密性を維持しつつ、MEGA25の膨張に対するガスケットの追従性を維持できる。よって、MEAやガス拡散層の損傷を抑制でき、燃料電池の発電効率を向上できる。   According to the gasket 100 of the first embodiment, since the cross-sectional area of the boundary between the contact portion and the intermediate portion is formed to be smaller than the contact area between the contact portion and the separator 40, the clearance between the separators 40 is increased. Regardless, the contact area between the contact portion and the separator 40 can be kept constant. Therefore, it is possible to maintain the followability of the gasket with respect to the expansion of the MEGA 25 while maintaining the airtightness between the gasket and the separator 40. Therefore, damage to the MEA and the gas diffusion layer can be suppressed, and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.

また、第1実施例の燃料電池によれば、ガスケットとセパレータ40との接触面のうち、少なくとも一方は接着剤により接着されている。従って、気密性の向上を図ることができるとともに、製造過程の負荷を軽減できる。   Further, according to the fuel cell of the first embodiment, at least one of the contact surfaces between the gasket and the separator 40 is bonded with an adhesive. Therefore, the airtightness can be improved and the manufacturing process load can be reduced.

B.変形例:
(1)図5は、変形例におけるガスケットの構成を例示する模式図である。図6に示すように、ガスケット400の中間部は、中間部の他の部分よりも断面積が小さくなる部位401を含んでいてもよい。こうすれば、低反力でガスケットの伸縮幅を増加でき、追従性を向上できる。
B. Variation:
(1) FIG. 5 is a schematic view illustrating the configuration of a gasket in a modified example. As shown in FIG. 6, the intermediate portion of the gasket 400 may include a portion 401 having a smaller cross-sectional area than other portions of the intermediate portion. If it carries out like this, the expansion-contraction width | variety of a gasket can be increased with low reaction force, and follow-up property can be improved.

(2)図6は、変形例におけるガスケット410の構成を例示する模式図である。図7に示すように、ガスケット410の中間部415は、上下方向(クリアランス拡大方向)に対して非対称に形成されていてもよい。また、同様に、ガスケットは、左右方向(クリアランス拡大方向に交差する方向)に対称的に形成されていなくてもよい。 (2) FIG. 6 is a schematic view illustrating the configuration of the gasket 410 in the modification. As shown in FIG. 7, the intermediate portion 415 of the gasket 410 may be formed asymmetric with respect to the vertical direction (clearance increasing direction). Similarly, the gasket may not be formed symmetrically in the left-right direction (direction intersecting the clearance increasing direction).

(3)第1実施例のガスケットは、ガスケットの上側接触面および下側接触面のセパレータ40との接触面積をほぼ同一となるように形成されているが、上側接触面と下側接触面のセパレータ40との接触面積は異なっていてもよい。図7は、変形例におけるガスケット420の構成を例示する模式図である。図8に示すように、例えば、ガスケット420の上側接触面の接触面積(X)が下側接触面の接触面積(Y)よりも大きくてもよい。また、その逆に下側接触面の接触面積が上側接触面の接触面積よりも大きくてもよい。 (3) The gasket of the first embodiment is formed so that the contact areas of the upper contact surface and the lower contact surface of the gasket with the separator 40 are substantially the same, but the upper contact surface and the lower contact surface The contact area with the separator 40 may be different. FIG. 7 is a schematic view illustrating the configuration of the gasket 420 in the modification. As shown in FIG. 8, for example, the contact area (X) of the upper contact surface of the gasket 420 may be larger than the contact area (Y) of the lower contact surface. Conversely, the contact area of the lower contact surface may be larger than the contact area of the upper contact surface.

(4)第1実施例のガスケットは、下側接触面とセパレータ40とを接着剤により接着しているが、締結時にかかる締結圧により接触面とセパレータ40と間には粘着力が生じるため接着剤による接着をしなくてもよい。ただし、接着することにより、製造過程の負荷を軽減でき、気密性を向上できるという利点がある。 (4) In the gasket of the first embodiment, the lower contact surface and the separator 40 are bonded to each other with an adhesive. However, an adhesive force is generated between the contact surface and the separator 40 due to the fastening pressure applied at the time of fastening. Adhesion with an agent is not necessary. However, by bonding, there is an advantage that the load of the manufacturing process can be reduced and the airtightness can be improved.

以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成をとることができることは言うまでもない。   Although various embodiments of the present invention have been described above, it is needless to say that the present invention is not limited to these embodiments and can take various configurations without departing from the spirit of the present invention.

第1実施例における燃料電池の概略構成を例示する斜視図。The perspective view which illustrates schematic structure of the fuel cell in 1st Example. 第1実施例における燃料電池の断面図を例示する説明図。Explanatory drawing which illustrates sectional drawing of the fuel cell in 1st Example. 第1実施例におけるガスケットとセパレータの接触面積について説明する模式図。The schematic diagram explaining the contact area of the gasket and separator in 1st Example. 従来技術におけるガスケットとセパレータとの接触面積について説明する模式図。The schematic diagram explaining the contact area of the gasket and separator in a prior art. 変形例におけるガスケットの構成を例示する模式図。The schematic diagram which illustrates the structure of the gasket in a modification. 変形例におけるガスケットの構成を例示する模式図。The schematic diagram which illustrates the structure of the gasket in a modification. 変形例におけるガスケットの構成を例示する模式図。The schematic diagram which illustrates the structure of the gasket in a modification.

符号の説明Explanation of symbols

20…中間部材
21…電解質膜
22a…カソード電極触媒層
22b…アノード電極触媒層
23a…ガス拡散層
23b…ガス拡散層
24…膜電極接合体
25…MEGA
30…樹脂部
40…セパレータ
41…カソードプレート
42…中間プレート
43…アノードプレート
85…エンドプレート
85a、85b、85e…供給孔
85c、85d、85f…排出孔
100…ガスケット
101…接触部
101a…接触面
102…接触部
102a…接触面
103…中間部
103a…小断面積部
200、400、410,420…ガスケット
201…接触面
415…中間部
1000…燃料電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Intermediate member 21 ... Electrolyte membrane 22a ... Cathode electrode catalyst layer 22b ... Anode electrode catalyst layer 23a ... Gas diffusion layer 23b ... Gas diffusion layer 24 ... Membrane electrode assembly 25 ... MEGA
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 ... Resin part 40 ... Separator 41 ... Cathode plate 42 ... Intermediate plate 43 ... Anode plate 85 ... End plate 85a, 85b, 85e ... Supply hole 85c, 85d, 85f ... Discharge hole 100 ... Gasket 101 ... Contact part 101a ... Contact surface DESCRIPTION OF SYMBOLS 102 ... Contact part 102a ... Contact surface 103 ... Intermediate | middle part 103a ... Small cross-sectional area part 200, 400, 410, 420 ... Gasket 201 ... Contact surface 415 ... Intermediate | middle part 1000 ... Fuel cell

Claims (5)

内容物を挟んで配置された第1の板材と第2の板材の間に、前記内容物を囲むように配置され、内容物の膨張および収縮に応じて伸縮し、前記2つの板材の間を封止するガスケットであって、
前記内容物の伸縮に関わらず一定の第1の接触面積で前記第1の板材と接触する第1の接触部と、
前記内容物の伸縮に関わらず一定の第2の接触面積で前記第2の板材と接触する第2の接触部と、
前記第1の接触部および前記第2の接触部と一体的に形成されている中間部であって、前記第1の接触部および前記第2の接触部の厚みに比べて厚い所定の厚みを有し、断面積が前記第1の接触面積および前記第2の接触面積よりも小さい小断面積部を有する中間部と、を備えるガスケット。
Between the first plate member and the second plate member arranged with the contents sandwiched therebetween, it is arranged so as to surround the contents, expands and contracts according to the expansion and contraction of the contents, and between the two plate members A gasket for sealing,
A first contact portion that contacts the first plate member at a constant first contact area regardless of expansion and contraction of the contents;
A second contact portion in contact with the second plate member at a constant second contact area regardless of expansion and contraction of the contents;
An intermediate portion formed integrally with the first contact portion and the second contact portion, and having a predetermined thickness that is thicker than the thicknesses of the first contact portion and the second contact portion. And a middle portion having a small cross-sectional area portion having a cross-sectional area smaller than the first contact area and the second contact area.
請求項1記載のガスケットであって、
前記第1の接触部および前記第2の接触部は、前記中間部の厚みに比べて薄い所定の厚みを有する平板状に形成されている、ガスケット。
The gasket according to claim 1,
The gasket in which the first contact portion and the second contact portion are formed in a flat plate shape having a predetermined thickness that is thinner than the thickness of the intermediate portion.
請求項1記載のガスケットであって、
変形時における前記中間部の断面積の最大値は、前記第1の接触面積および前記第2の接触面積より小さい、ガスケット。
The gasket according to claim 1,
The gasket having a maximum cross-sectional area of the intermediate portion at the time of deformation smaller than the first contact area and the second contact area.
請求項1記載のガスケットであって、
前記第1の接触面と前記第1の板材、および、第2の接触面と前記第2の板材の少なくとも一方の接触界面は、接着手段により接着されている、ガスケット。
The gasket according to claim 1,
A gasket in which at least one contact interface between the first contact surface and the first plate member and between the second contact surface and the second plate member is bonded by an adhesive means.
燃料電池であって、
電解質膜の両側に電極が形成された膜電極接合体と、
前記膜電極接合体を狭持するように配置され、前記膜電極接合体に対向する部分に、反応ガスを供給するための流路が形成された一対のセパレータと、
前記一対のセパレータの間、かつ、前記膜電極接合体の外周に配置され、前記一対のセパレータに当接して前記反応ガスを封止するガスケットと、を備え、
前記ガスケットは、
前記内容物の伸縮に関わらず一定の第1の接触面積で前記第1の板材と接触する第1の接触部と、
前記内容物の伸縮に関わらず一定の第2の接触面積で前記第2の板材と接触する第2の接触部と、
前記第1の接触部および前記第2の接触部と一体的に形成されている中間部であって、前記第1の接触部および前記第2の接触部の厚みに比べて厚い所定の厚みを有し、断面積が前記第1の接触面積および前記第2の接触面積よりも小さい小断面積部を有する中間部と、を備える燃料電池。
A fuel cell,
A membrane electrode assembly in which electrodes are formed on both sides of the electrolyte membrane;
A pair of separators arranged so as to sandwich the membrane electrode assembly and having a flow path for supplying a reaction gas to a portion facing the membrane electrode assembly;
A gasket that is disposed between the pair of separators and on the outer periphery of the membrane electrode assembly and seals the reaction gas in contact with the pair of separators,
The gasket is
A first contact portion that contacts the first plate member at a constant first contact area regardless of expansion and contraction of the contents;
A second contact portion in contact with the second plate member at a constant second contact area regardless of expansion and contraction of the contents;
An intermediate portion formed integrally with the first contact portion and the second contact portion, and having a predetermined thickness that is thicker than the thicknesses of the first contact portion and the second contact portion. And an intermediate portion having a small cross-sectional area portion having a cross-sectional area smaller than the first contact area and the second contact area.
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