JP2011129445A - Sealing structure for fuel cell - Google Patents

Sealing structure for fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP2011129445A
JP2011129445A JP2009288686A JP2009288686A JP2011129445A JP 2011129445 A JP2011129445 A JP 2011129445A JP 2009288686 A JP2009288686 A JP 2009288686A JP 2009288686 A JP2009288686 A JP 2009288686A JP 2011129445 A JP2011129445 A JP 2011129445A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lip
seal
sub
gap
seal lip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2009288686A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5569675B2 (en
Inventor
Shizuo Nakamura
静夫 中村
Yoshihiro Kurano
慶宏 蔵野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nok Corp
Original Assignee
Nok Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nok Corp filed Critical Nok Corp
Priority to JP2009288686A priority Critical patent/JP5569675B2/en
Publication of JP2011129445A publication Critical patent/JP2011129445A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5569675B2 publication Critical patent/JP5569675B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain reaction gas from being short-circuited from a gas supply port to a gas exhaust port through a gap in a seal lip without passing through a power generation region, in a sealing structure of a type integrally provided with a gasket at a power-generating body equipped with a membrane electrode conjugate and a gas diffusion layer, and thereby to improve the power generation efficiency of a fuel cell. <P>SOLUTION: Sub-lips 26 are integrally molded in the gasket 21 together with seal lips 25. The sub-lips 26 are provided so as to cross the seal lips 25 in the seal lips 25, and contracts an open cross section of a gap or blocks the gap at a site where the sub lips 26 are provided, whereby a short-circuit flow channel is shut off. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池に係り、更に詳しくは、燃料電池セルにおけるシール構造に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a seal structure in a fuel cell.

燃料電池セルは、その主な構成部品として、電解質膜および電極層の組み合わせよりなる膜電極複合体（ＭＥＡ）、ガス拡散層（ＧＤＬ）、セパレータならびにガスケット等を有し、アノード側より水素等の燃料ガス、カソード側より空気等の酸化ガス（以下、両ガスを総称して反応ガスとも称する）を供給して発電する仕組みとなっている。   The fuel battery cell has a membrane electrode assembly (MEA) composed of a combination of an electrolyte membrane and an electrode layer, a gas diffusion layer (GDL), a separator, a gasket, and the like as its main components. The fuel gas and the oxidizing gas such as air (hereinafter, both gases are collectively referred to as a reaction gas) are supplied from the cathode side to generate electricity.

また、燃料電池セルに組み込まれるシール構造には様々なタイプがあり、その一つとして図７に示すように、電解質膜３および電極層４の組み合わせよりなる膜電極複合体２ならびに前記膜電極複合体２に組み合わされるガス拡散層５を有する発電体１にガスケット２１を一体的に設け、ガスケット２１にシールリップ２５を設け、シールリップ２５をセパレータ４１に密接させることにより、セル内部を流れる反応ガスがセル外部へ漏洩するのを抑制するものが知られている（特許文献１参照）。図８に示すようにシールリップ２５は発電体１の外周縁部に全周に亙って設けられるとともに、発電体１の平面上に設定される貫通穴（マニホールド穴）１１の回りを囲むように設けられている。   Further, there are various types of seal structures incorporated in the fuel cell, and as one of them, as shown in FIG. 7, a membrane electrode assembly 2 comprising a combination of an electrolyte membrane 3 and an electrode layer 4 and the membrane electrode composite The gas generator 21 having the gas diffusion layer 5 combined with the body 2 is integrally provided with the gasket 21, the gasket 21 is provided with the seal lip 25, and the seal lip 25 is brought into close contact with the separator 41, whereby the reaction gas flowing inside the cell Is known that suppresses leakage outside the cell (see Patent Document 1). As shown in FIG. 8, the seal lip 25 is provided on the outer peripheral edge of the power generator 1 over the entire periphery, and surrounds the through hole (manifold hole) 11 set on the plane of the power generator 1. Is provided.

しかしながら、上記従来のシール構造によると、図７の断面図に示したように各構成部品をセルとして組み立てたときに、シールリップ２５の内側にシールリップ２５の長手方向（図では紙面直交方向）に沿って空隙４４が形成され、この空隙４４によりガス供給口１２（図８）から空隙４４を経由してガス排出口１３（図８）へ至る反応ガスの短絡流路が形成されることから、発電効率のロスを生じる不都合がある。   However, according to the above-described conventional seal structure, when each component is assembled as a cell as shown in the cross-sectional view of FIG. 7, the longitudinal direction of the seal lip 25 (in the drawing, the direction perpendicular to the paper surface) is inside the seal lip 25. A gap 44 is formed along the gas path 44, and the gap 44 forms a short-circuit flow path for the reaction gas from the gas supply port 12 (FIG. 8) to the gas discharge port 13 (FIG. 8) via the gap 44. There is a disadvantage that a loss of power generation efficiency occurs.

すなわち図８の平面図に示したように、反応ガスは本来、セパレータ４１に設けた流路溝４３（図７）に案内される等して、ガス供給口１２から発電体１平面中央の発電領域１４を経由して発電しつつガス排出口１３へ流れるべきところ（矢印Ｃ）、一部のガスが発電領域１４を経由せずにガス供給口１２から前記空隙４４を経由してガス排出口１３へ短絡（ショートカット）してしまうことがあり（矢印ＤまたはＥ）、このようなことがあると短絡するガスは発電作用にまったく寄与しないことから、発電効率のロスを生じることになる。   That is, as shown in the plan view of FIG. 8, the reaction gas is originally guided to the flow channel 43 (FIG. 7) provided in the separator 41, so that power generation at the center of the power generator 1 plane is performed from the gas supply port 12. Where gas is to flow to the gas outlet 13 while generating power via the region 14 (arrow C), a part of the gas passes through the gap 44 from the gas supply port 12 without passing through the power generating region 14. 13 may be short-circuited (shortcut) to 13 (arrow D or E), and if this happens, the gas that is short-circuited does not contribute to the power generation action at all, resulting in a loss of power generation efficiency.

特開２００８−４７２９５号公報JP 2008-47295 A 特許第３８２０８８３号公報Japanese Patent No. 3820883

本発明は以上の点に鑑みて、膜電極複合体およびガス拡散層を有する発電体にガスケットを一体的に設けるタイプのシール構造において、反応ガスが発電領域を経由せずにガス供給口からシールリップ内側の空隙を経由してガス排出口へ短絡するのを抑制し、もって燃料電池の発電効率を向上させることができる燃料電池用シール構造を提供することを目的とする。   In view of the above, the present invention provides a sealing structure of a type in which a gasket is integrally provided on a power generation body having a membrane electrode assembly and a gas diffusion layer, and the reactive gas is sealed from the gas supply port without passing through the power generation region. It is an object of the present invention to provide a fuel cell seal structure that can suppress a short circuit to a gas discharge port via a gap inside the lip, thereby improving the power generation efficiency of the fuel cell.

上記目的を達成するため、本発明の請求項１による燃料電池用シール構造は、膜電極複合体およびガス拡散層を有する発電体に一体的に設けられたガスケットを有し、前記ガスケットは、セル内部の反応ガスがセル外部へ漏洩するのを抑制するシールリップを有し、前記シールリップの内側にはセル組立時、前記シールリップの長手方向に沿って空隙が形成され、前記空隙によりガス供給口から前記空隙を経由してガス排出口へ至る反応ガスの短絡流路が形成される燃料電池用シール構造において、前記ガスケットに前記シールリップとともにサブリップを一体成形し、前記サブリップは、前記シールリップの内側において前記シールリップと交叉するよう設けられ、セル組立時、前記サブリップを設けた部位において前記空隙の開口断面積を縮小しまたは前記空隙を閉塞し、これにより前記短絡流路を遮ることを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, a fuel cell seal structure according to claim 1 of the present invention has a gasket provided integrally with a power generator having a membrane electrode assembly and a gas diffusion layer, and the gasket comprises a cell. It has a seal lip that suppresses leakage of internal reaction gas to the outside of the cell, and a gap is formed inside the seal lip along the longitudinal direction of the seal lip when the cell is assembled. In a fuel cell seal structure in which a short-circuit flow path of a reaction gas extending from a mouth to the gas discharge port is formed, a sub lip is integrally formed with the seal lip together with the seal lip. The cross-sectional area of the gap is provided at the portion where the sub lip is provided during cell assembly. Reduced or closing the gap, thereby it is characterized in that the blocking said short flow path.

また、本発明の請求項２による燃料電池用シール構造は、上記した請求項１記載の燃料電池用シール構造において、サブリップは、その高さ寸法がシールリップの高さ寸法よりも低く設定され、ただしシールリップに連なる部位では、サブリップの高さ寸法がシールリップに近付くに連れ徐々に高くなる形状とされていることを特徴とするものである。   The fuel cell seal structure according to claim 2 of the present invention is the fuel cell seal structure according to claim 1, wherein the height of the sub lip is set lower than the height of the seal lip. However, the portion connected to the seal lip is characterized in that the height dimension of the sub lip gradually increases as it approaches the seal lip.

また、本発明の請求項３による燃料電池用シール構造は、上記した請求項２記載の燃料電池用シール構造において、サブリップの高さ寸法がシールリップに近付くに連れ徐々に高くなる形状は、前記サブリップの稜線が円弧状曲線をなすとともに前記円弧状曲線が前記シールリップの先端部に外接する接円弧形状とされていることを特徴とするものである。   Further, the fuel cell seal structure according to claim 3 of the present invention is the fuel cell seal structure according to claim 2, wherein the height of the sub lip gradually increases as it approaches the seal lip. The ridgeline of the sub lip forms an arcuate curve, and the arcuate curve has a tangential arc shape circumscribing the tip of the seal lip.

上記構成を有する本発明のシール構造においては、膜電極複合体およびガス拡散層を有する発電体にガスケットが一体的に設けられ、ガスケットにシールリップとともにサブリップが一体成形され、サブリップが、シールリップの内側においてシールリップと交叉するように設けられて、セルとして組み立てられたときにサブリップを設けた部位において空隙の開口断面積を縮小しまたは空隙を閉塞し、これにより反応ガスの短絡流路を遮るものとされている。したがって、反応ガスがシールリップ内側の空隙に沿って流れようとするとこれをサブリップが堰き止める作用をなすことから、反応ガスが短絡流路を流れにくくすることが可能とされている。サブリップは短絡流路に少なくとも１箇所設けられるが、複数箇所に設ければその分、堰き止め効果が増大する。   In the seal structure of the present invention having the above-described configuration, a gasket is integrally provided on a power generator having a membrane electrode assembly and a gas diffusion layer, and a sub lip is integrally formed with the seal lip together with the seal lip. Provided to intersect with the sealing lip on the inside, when assembled as a cell, the opening cross-sectional area of the gap is reduced or closed at the portion where the sub lip is provided, thereby blocking the short-circuit flow path of the reaction gas It is supposed to be. Accordingly, when the reaction gas tries to flow along the gap inside the seal lip, the sub lip blocks the reaction gas, so that the reaction gas can hardly flow through the short-circuit channel. At least one sub lip is provided in the short-circuit channel, but if it is provided at a plurality of locations, the damming effect is increased accordingly.

また、本発明では、上記したようにガスケットにシールリップとともにサブリップが一体成形されるが、このうちシールリップはセル内部の反応ガスがセル外部へ漏洩しないようこれをシールすると云う重要な作用を果たすものである。また本発明では、シールリップにサブリップが交叉するように設けられる。したがってシールリップの高さ寸法に対しサブリップの高さ寸法を高くまたは同じに設定すると、両リップの交叉部近くでシールリップに十分なシール面圧を立てられなくなることが懸念される。   In the present invention, as described above, the sub lip is integrally formed with the gasket together with the seal lip. Among these, the seal lip performs an important function of sealing the gas so that the reaction gas inside the cell does not leak to the outside of the cell. Is. Further, in the present invention, the sub lip is provided so as to cross the seal lip. Therefore, when the height dimension of the sub lip is set to be equal to or higher than the height dimension of the seal lip, there is a concern that a sufficient seal surface pressure cannot be applied to the seal lip near the intersection of both lips.

そこで、これに対策するには、シールリップの高さ寸法に対しサブリップの高さ寸法を低く設定し、これによりシールリップに十分なシール面圧を確保する。   In order to cope with this, the height dimension of the sub lip is set lower than the height dimension of the seal lip, thereby ensuring a sufficient seal surface pressure on the seal lip.

但し、サブリップの高さ寸法をサブリップの全長に亙って同じに設定すると、両リップの交叉部において高さの違いによる段差が生じ、この段差がセルとして組み立てられたときにサブリップ側の凹みとなって残り、凹みは空隙を閉塞しないので、ここから反応ガスが漏れることが懸念される。   However, if the height of the sub lip is set to be the same over the entire length of the sub lip, a step due to the difference in height occurs at the intersection of both lips, and when this step is assembled as a cell, it becomes a recess on the sub lip side. Since the dent does not close the gap, there is a concern that the reaction gas leaks from here.

そこで、これに対策するには、サブリップを、シールリップに連なる部位でサブリップの高さ寸法がシールリップに近付くに連れ徐々に高くなる形状とする。これによれば、上記凹みとなって残るような段差が形成されないため、凹みが生じるのを防止することが可能となる。   Therefore, in order to prevent this, the sub lip has a shape that gradually increases as the height dimension of the sub lip approaches the seal lip at a portion connected to the seal lip. According to this, since the level | step difference which remains as the said dent is not formed, it becomes possible to prevent that a dent arises.

尚、サブリップの高さ寸法がシールリップに近付くに連れ徐々に高くなる形状としては、サブリップの稜線が円弧状曲線をなすとともにこの円弧状曲線がシールリップの先端部に外接する接円弧形状とするのが最も好ましい。これはサブリップの圧縮時における応力分布が最も安定化するからである。   In addition, as the shape in which the height dimension of the sub lip gradually increases as it approaches the seal lip, the ridgeline of the sub lip forms an arcuate curve and the arcuate curve circumscribes the tip of the seal lip. Is most preferred. This is because the stress distribution during sub-lip compression is most stabilized.

本発明は、以下の効果を奏する。   The present invention has the following effects.

すなわち、本発明においては上記したように、ガスケットにシールリップとともにサブリップが一体成形され、反応ガスがシールリップ内側の空隙内を流れようとするとこれをサブリップが堰き止めることから、反応ガスが短絡流路を流れにくくなる。したがって、膜電極複合体およびガス拡散層を有する発電体にガスケットを一体的に設けるタイプのシール構造において、反応ガスが発電領域を経由せずにガス供給口からシールリップ内側の空隙を経由してガス排出口へ短絡するのを抑制し、もって燃料電池の発電効率を向上させることができる。また請求項２または３の構成によれば、シールリップに十分なシール面圧を確保することができるとともに、両リップの交叉部に段差による凹みが生じないため、凹みから反応ガスが漏れるのを防止することができる。   That is, as described above, in the present invention, the sub lip is integrally formed with the gasket together with the seal lip, and when the reaction gas tries to flow in the gap inside the seal lip, the sub lip blocks the reaction gas. It becomes difficult to flow on the road. Therefore, in the seal structure of the type in which the gasket is integrally provided on the power generation body having the membrane electrode assembly and the gas diffusion layer, the reaction gas does not pass through the power generation area and passes through the gap inside the seal lip. It is possible to suppress a short circuit to the gas discharge port, thereby improving the power generation efficiency of the fuel cell. According to the configuration of claim 2 or 3, a sufficient sealing surface pressure can be secured on the seal lip, and a recess due to a step does not occur at the intersection of both lips, so that the reaction gas leaks from the recess. Can be prevented.

比較例に係るシール構造を有する燃料電池セルの要部断面図Sectional drawing of the principal part of the fuel cell having the seal structure according to the comparative example 本発明の実施例に係るシール構造を有する燃料電池セルの組立前の状態を示す要部断面図Sectional drawing of the principal part which shows the state before the assembly of the fuel cell which has the seal structure which concerns on the Example of this invention. 図３（Ａ）は図２におけるＦ方向矢視図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）におけるＧ−Ｇ線拡大断面図3A is a view taken in the direction of arrow F in FIG. 2, and FIG. 3B is an enlarged sectional view taken along line GG in FIG. 同燃料電池セルの組立後の状態を示す要部断面図Cross-sectional view of the main part showing the state after assembly of the fuel cell 図５（Ａ）は同シール構造におけるガスケットの組立前の状態を示す要部断面図、図５（Ｂ）は同ガスケットの組立後の状態を示す要部断面図FIG. 5A is a cross-sectional view of a main part showing a state before the gasket is assembled in the seal structure, and FIG. 5B is a cross-sectional view of a main part showing a state after the gasket is assembled. 図６（Ａ）はガスケットの他の例を示す組立前の状態の要部断面図、図６（Ｂ）は同ガスケットの組立後の状態を示す要部断面図FIG. 6A is a cross-sectional view of a main part in a state before assembly showing another example of the gasket, and FIG. 6B is a cross-sectional view of a main part showing a state after assembly of the gasket. 従来例に係るシール構造を有する燃料電池セルの要部断面図Sectional drawing of the principal part of the fuel cell which has the seal structure which concerns on a prior art example 発電体の一般構造を示す平面図Plan view showing the general structure of the generator

つぎに本発明の実施例を説明するが、説明の便宜上、先ず対応する比較例を説明し、それから実施例を説明する。   Next, examples of the present invention will be described. For convenience of explanation, first, a corresponding comparative example will be described, and then the examples will be described.

比較例・・・
図１は、比較例に係るシール構造を有する燃料電池セルの要部断面を示している。 Comparative example
FIG. 1 shows a cross section of a main part of a fuel cell having a seal structure according to a comparative example.

当該比較例においては、電解質膜（図示せず）の上下両面に電極層（図示せず）が重ねられて膜電極複合体２が形成されるとともに膜電極複合体２の上下両面にガス拡散層５が重ねられて発電体１が形成され、この発電体１にガスケット２１が一体的に設けられ、ガスケット２１にシールリップ２５が設けられ、セルとして組み立てられたときにシールリップ２５がセパレータ４１に密接することにより、セル内部を流れる反応ガスがセル外部へ漏洩するのを抑制するものとされている。   In the comparative example, electrode layers (not shown) are stacked on both upper and lower surfaces of an electrolyte membrane (not shown) to form a membrane electrode assembly 2 and gas diffusion layers are formed on both upper and lower surfaces of the membrane electrode assembly 2. 5 is stacked to form a power generator 1, and a gasket 21 is integrally provided on the power generator 1, a seal lip 25 is provided on the gasket 21, and the seal lip 25 is attached to the separator 41 when assembled as a cell. By closely contacting, the reaction gas flowing inside the cell is prevented from leaking outside the cell.

ガスケット２１は、所定のゴム状弾性体よりなり、上記発電体１と同じ厚み寸法のガスケット基部２２が発電体１の外周部に設けられ、ガスケット成形時に一部のガスケット成形材料が多孔質体よりなるガス拡散層５周縁部の気孔内に含浸することによって発電体１に一体化されている。以下このガスケット成形材料が含浸した部位を含浸部２３とも称する。シールリップ２５はガスケット基部２２の上下両面にそれぞれ設けられている。シールリップ２５の断面形状は、その高さが高くなるに連れて幅が徐々に狭くなる三角形ないし略三角形状とされ、その先端部には断面円弧（アール）形のリップ端２５ａが設けられている。セパレータ４１には、シールリップ２５を納める空間を確保するための凹部形状４２が設けられ、またその内側に位置して、反応ガスを発電領域に広く拡散するための流路溝４３が設けられている。   The gasket 21 is made of a predetermined rubber-like elastic body, and a gasket base portion 22 having the same thickness as that of the power generation body 1 is provided on the outer peripheral portion of the power generation body 1. The power diffusion body 1 is integrated by impregnating the pores in the peripheral portion of the gas diffusion layer 5. Hereinafter, the portion impregnated with the gasket molding material is also referred to as an impregnation portion 23. The seal lips 25 are provided on the upper and lower surfaces of the gasket base 22 respectively. The cross-sectional shape of the seal lip 25 is a triangle or a substantially triangular shape whose width gradually narrows as the height increases, and a lip end 25a having a circular arc shape is provided at the tip. Yes. The separator 41 is provided with a recessed portion 42 for securing a space for accommodating the seal lip 25, and is provided with a flow channel groove 43 for diffusing the reaction gas widely in the power generation region. Yes.

上記比較例において、各構成部品がセルとして組み立てられると、各シールリップ２５の内側（図では左側）に位置して、発電体１、ガスケット２１およびセパレータ４１に囲まれるようにして空隙４４が形成され、この空隙４４はシールリップ２５の長手方向（図では紙面直交方向）に沿って長く延びるものである。したがってこの空隙４４によりガス供給口から空隙４４を経由してガス排出口へ至る反応ガスの短絡流路が形成され、これにより発電効率のロスを生じる場合がある。   In the above comparative example, when each component is assembled as a cell, a gap 44 is formed inside each seal lip 25 (on the left side in the figure) so as to be surrounded by the power generator 1, the gasket 21, and the separator 41. The gap 44 extends long along the longitudinal direction of the seal lip 25 (in the drawing, the direction orthogonal to the plane of the drawing). Accordingly, the gap 44 forms a short-circuit flow path for the reaction gas from the gas supply port to the gas discharge port via the gap 44, which may cause a loss of power generation efficiency.

実施例・・・
そこで、本発明の実施例では、上記構成に加えて、以下の対策が施されている。 Example···
Therefore, in the embodiment of the present invention, the following measures are taken in addition to the above configuration.

すなわち、図２および図３に示すように、上記ガスケット２１にシールリップ２５とともにサブリップ２６が一体成形され、このサブリップ２６は、シールリップ２５の内側においてシールリップ２５と交叉するように設けられ、図４に示すようにセルとして組み立てられたときに、当該サブリップ２６を設けた部位において空隙４４の開口断面積を縮小し、または空隙４４を閉塞し、これにより反応ガスの短絡流路を遮るものとされている。   That is, as shown in FIGS. 2 and 3, a sub lip 26 is integrally formed with the gasket 21 together with the seal lip 25, and the sub lip 26 is provided inside the seal lip 25 so as to cross the seal lip 25. When the cell is assembled as shown in FIG. 4, the opening cross-sectional area of the gap 44 is reduced at the portion where the sub lip 26 is provided, or the gap 44 is closed, thereby blocking the short-circuit flow path of the reaction gas. Has been.

サブリップ２６は、シールリップ２５の長手方向と直交する方向に長く形成され、その長手方向一端部でシールリップ２５に一体に繋がっている。長手方向の他端部は発電体１上に達している。サブリップ２６の底面はその一部でガスケット基部２２に繋がり、一部で含浸部２３に繋がり、一部で発電体１のガス拡散層５に密接している。   The sub lip 26 is formed long in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the seal lip 25, and is integrally connected to the seal lip 25 at one end portion in the longitudinal direction. The other end in the longitudinal direction reaches the power generator 1. A part of the bottom surface of the sub lip 26 is connected to the gasket base 22, a part is connected to the impregnation part 23, and a part is in close contact with the gas diffusion layer 5 of the power generator 1.

また、サブリップ２６は、固有のリップ基部２７を有し、このリップ基部２７の平面上にリップ基部２７より幅狭なビード状を呈する断面円弧（アール）形のリップ端２８が設けられている。リップ基部２７およびリップ端２８はそれぞれサブリップ２６の全長に亙って設けられている。   Further, the sub lip 26 has a unique lip base portion 27, and a lip end 28 having an arcuate cross-sectional shape that has a bead shape narrower than the lip base portion 27 is provided on the plane of the lip base portion 27. The lip base 27 and the lip end 28 are respectively provided over the entire length of the sub lip 26.

また、サブリップ２６は、シールリップ２５の長手方向一部に部分的に設けられるものであって、短絡流路１本ごとに１箇所または複数箇所設けられている。   Further, the sub lip 26 is partially provided in a part of the seal lip 25 in the longitudinal direction, and is provided at one place or a plurality of places for each short-circuit flow path.

上記構成の対策を施したうえで各構成部品をセルとして組み立てると図４に示すようになり、すなわちサブリップ２６によってシールリップ２５内側の空隙４４の開口断面積が縮小され、または空隙４４が閉塞され、これにより反応ガスの短絡流路が遮られる。したがって、反応ガスがシールリップ２５内側の空隙４４に沿って流れようとしてもこれをサブリップ２６が堰き止めることから、反応ガスは短絡流路を流れず、または少なくとも流れにくくなる。したがって本発明所期の目的どおり、膜電極複合体２およびガス拡散層５を有する発電体１にガスケット２１を一体的に設けるタイプのシール構造において、反応ガスが発電領域を経由せずにガス供給口からシールリップ２５内側の空隙４４を経由してガス排出口へ短絡するのを抑制し、もって燃料電池の発電効率を向上させることができる。   When each component is assembled as a cell after taking the above-described measures, the sub-lip 26 reduces the opening cross-sectional area of the gap 44 inside the seal lip 25, or the gap 44 is closed. This interrupts the short-circuit flow path of the reaction gas. Therefore, even if the reaction gas tries to flow along the gap 44 inside the seal lip 25, the sub lip 26 blocks the reaction gas, so that the reaction gas does not flow through the short-circuit channel or at least hardly flows. Therefore, in the sealed structure of the type in which the gasket 21 is integrally provided on the power generator 1 having the membrane electrode assembly 2 and the gas diffusion layer 5 as the intended purpose of the present invention, the reaction gas is supplied without passing through the power generation region. It is possible to suppress a short circuit from the opening to the gas discharge opening via the gap 44 inside the seal lip 25, thereby improving the power generation efficiency of the fuel cell.

尚、当該実施例では、上記したようにガスケット２１にシールリップ２５とともにサブリップ２６が一体成形されるが、前者のシールリップ２５はセル内部の反応ガスがセル外部へ漏洩しないようこれをシールすると云う重要な作用を果たすものである。また当該実施例では、シールリップ２５にサブリップ２６がその長手方向一端部でＴ字状に交叉するように設けられている。したがってシールリップ２５の高さ寸法に対してサブリップ２６の高さ寸法を高くまたは同じに設定すると、両リップ２５，２６の交叉部近くでシールリップ２５に十分なシール面圧を立てられなくなり、シール面圧が不足する事態が発生することが懸念される。   In this embodiment, as described above, the sub lip 26 is integrally formed with the gasket 21 together with the seal lip 25. However, the former seal lip 25 seals the reaction gas inside the cell from leaking out of the cell. It plays an important role. In this embodiment, the seal lip 25 is provided with a sub lip 26 that crosses in a T-shape at one end in the longitudinal direction. Therefore, if the height dimension of the sub lip 26 is set to be equal to or higher than the height dimension of the seal lip 25, a sufficient seal surface pressure cannot be applied to the seal lip 25 near the intersection of both lips 25, 26, and the seal lip 25 There is a concern that a situation may occur where the surface pressure is insufficient.

そこで、これに対策するため、当該実施例では、図５（Ａ）に拡大して示すようにシールリップ２５の高さ寸法ｈ１に対してサブリップ２６の高さ寸法ｈ２が若干低く設定され、これによりシールリップ２５に十分なシール面圧が確保されている。 In order to measure this, in this embodiment, the height h 2 of the sub-lip 26 is set slightly lower than the height h 1 of the seal lip 25 as shown enlarged in FIG. 5 (A) As a result, a sufficient seal surface pressure is secured to the seal lip 25.

但し、同図に示したようにサブリップ２６の高さ寸法ｈ２をサブリップ２６の全長に亙って同じに設定すると、両リップ２５，２６の交叉部に高さの違いによる段差２９が生じ、この段差２９がセルとして組み立てられたときに、図５（Ｂ）に示すようにサブリップ２６側の凹み３０となって残り、ここから反応ガスが漏れることが懸念される。 However, setting the same over the height h 2 of the sub-lip 26 the entire length of the sub-lip 26, as shown in the figure, the step 29 due to the difference in height by intersection of the two lips 25 and 26 occurs, When the step 29 is assembled as a cell, it remains as a recess 30 on the sub lip 26 side as shown in FIG. 5B, and there is a concern that the reaction gas leaks from here.

そこで、これに対策するため、当該実施例では、サブリップ２６が、シールリップ２５に連なる部位でサブリップ２６の高さ寸法ｈ２がシールリップ２５に近付くに連れ徐々に高くなる形状とされ、一層好適には図６（Ａ）に示すように、サブリップ２６の稜線３１が円弧状曲線をなすとともにこの円弧状曲線がシールリップ２５先端部の円弧状曲線に外接する接円弧形状３２とされている。この構成によれば、図６（Ｂ）に示すように凹み３０が形成されないことから、サブリップ２６によるシール性を向上することができる。 In order to measure this, in this embodiment, the sub-lip 26, the height h 2 of the sub-lip 26 at the site leading to the sealing lip 25 is gradually becomes higher shape nears the seal lip 25, even more preferably 6A, the ridge line 31 of the sub lip 26 forms an arcuate curve, and the arcuate curve has a tangential arc shape 32 circumscribing the arcuate curve at the tip of the seal lip 25. According to this configuration, since the recess 30 is not formed as shown in FIG. 6B, the sealing performance by the sub lip 26 can be improved.

上記実施例におけるその他の構成および作用効果は、上記比較例と同じである。したがって、図面に同一の符号を付してその説明を省略する。   Other configurations and operational effects in the above embodiment are the same as those in the comparative example. Therefore, the same reference numerals are attached to the drawings and the description thereof is omitted.

尚、上記実施例では、膜電極複合体２およびガス拡散層５を有する発電体１にガスケット２１を一体的に設ける構造として、含浸による構造を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、膜電極複合体２の外周縁部をガス拡散層５の外周縁部より突出するよう長く形成し、この突出部の平面上にガスケット２１を設けるようにしても良い。また、突出部の代わりとして樹脂系素材のプレートまたはフィルム等よりなる部材を膜電極複合体２の外周縁部に取り付け、この部材の平面上にガスケット２１を設けるようにしても良い。   In the above embodiment, the structure by impregnation is described as the structure in which the gasket 21 is integrally provided on the power generation body 1 having the membrane electrode assembly 2 and the gas diffusion layer 5, but the present invention is limited to this. is not. For example, the outer peripheral edge of the membrane electrode assembly 2 may be formed longer than the outer peripheral edge of the gas diffusion layer 5, and the gasket 21 may be provided on the flat surface of the protrusion. In addition, a member made of a resin-based material plate or film or the like may be attached to the outer peripheral edge of the membrane electrode assembly 2 instead of the protruding portion, and the gasket 21 may be provided on the flat surface of this member.

１ 発電体
２ 膜電極複合体
３ 電解質膜
４ 電極層
５ ガス拡散層
２１ ガスケット
２２ ガスケット基部
２３，２４ 含浸部
２５ シールリップ
２５ａ，２８ リップ端
２６ サブリップ
２７ リップ基部
２９ 段差
３０ 凹み
３１ 稜線
３２ 接円弧形状
４１ セパレータ
４２ 凹部形状
４３ 流路溝
４４ 空隙 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric power generation body 2 Membrane electrode assembly 3 Electrolyte membrane 4 Electrode layer 5 Gas diffusion layer 21 Gasket 22 Gasket base 23, 24 Impregnation part 25 Seal lip 25a, 28 Lip end 26 Sub lip 27 Lip base 29 Step 30 Depression 31 Ridge line 32 Tangent arc Shape 41 Separator 42 Concave shape 43 Channel groove 44 Air gap

Claims (3)

膜電極複合体およびガス拡散層を有する発電体に一体的に設けられたガスケットを有し、
前記ガスケットは、セル内部の反応ガスがセル外部へ漏洩するのを抑制するシールリップを有し、前記シールリップの内側にはセル組立時、前記シールリップの長手方向に沿って空隙が形成され、前記空隙によりガス供給口から前記空隙を経由してガス排出口へ至る反応ガスの短絡流路が形成される燃料電池用シール構造において、
前記ガスケットに前記シールリップとともにサブリップを一体成形し、
前記サブリップは、前記シールリップの内側において前記シールリップと交叉するよう設けられ、セル組立時、前記サブリップを設けた部位において前記空隙の開口断面積を縮小しまたは前記空隙を閉塞し、これにより前記短絡流路を遮ることを特徴とする燃料電池用シール構造。 Having a gasket provided integrally with a power generator having a membrane electrode assembly and a gas diffusion layer;
The gasket has a seal lip that suppresses leakage of reaction gas inside the cell to the outside of the cell, and a gap is formed inside the seal lip along the longitudinal direction of the seal lip during cell assembly. In the fuel cell seal structure in which a short-circuit flow path of the reaction gas from the gas supply port to the gas discharge port via the gap is formed by the gap,
A sub lip is integrally formed with the gasket together with the seal lip,
The sub lip is provided inside the seal lip so as to cross the seal lip, and at the time of cell assembly, the opening cross-sectional area of the gap is reduced or the gap is closed at a portion where the sub lip is provided, thereby A fuel cell sealing structure characterized by blocking a short-circuit channel. 請求項１記載の燃料電池用シール構造において、
サブリップは、その高さ寸法がシールリップの高さ寸法よりも低く設定され、ただしシールリップに連なる部位では、サブリップの高さ寸法がシールリップに近付くに連れ徐々に高くなる形状とされていることを特徴とする燃料電池用シール構造。 The fuel cell seal structure according to claim 1,
The height of the sub lip is set to be lower than the height of the seal lip. However, the height of the sub lip is gradually increased as the height of the sub lip approaches the seal lip. A fuel cell seal structure. 請求項２記載の燃料電池用シール構造において、
サブリップの高さ寸法がシールリップに近付くに連れ徐々に高くなる形状は、前記サブリップの稜線が円弧状曲線をなすとともに前記円弧状曲線が前記シールリップの先端部に外接する接円弧形状とされていることを特徴とする燃料電池用シール構造。 The fuel cell seal structure according to claim 2,
The shape where the height of the sub lip gradually increases as it approaches the seal lip is such that the ridge line of the sub lip forms an arcuate curve and the arcuate curve circumscribes the tip of the seal lip. A fuel cell seal structure.
JP2009288686A 2009-12-21 2009-12-21 Fuel cell seal structure Active JP5569675B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009288686A JP5569675B2 (en) 2009-12-21 2009-12-21 Fuel cell seal structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009288686A JP5569675B2 (en) 2009-12-21 2009-12-21 Fuel cell seal structure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011129445A true JP2011129445A (en) 2011-06-30
JP5569675B2 JP5569675B2 (en) 2014-08-13

Family

ID=44291812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009288686A Active JP5569675B2 (en) 2009-12-21 2009-12-21 Fuel cell seal structure

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5569675B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5761417B1 (en) * 2014-03-31 2015-08-12 大日本印刷株式会社 Electrolyte membrane with support, and catalyst layer-electrolyte membrane laminate with support
CN110571452A (en) * 2018-06-05 2019-12-13 Nok株式会社 Gasket for fuel cell
CN110931821A (en) * 2018-09-19 2020-03-27 Nok株式会社 Gasket for fuel cell

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001510932A (en) * 1997-07-16 2001-08-07 バラード パワー システムズ インコーポレイティド Elastic seal for a membrane electrode assembly (MEA) in an electrochemical fuel cell and method of making the seal
JP2006310288A (en) * 2005-04-01 2006-11-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd Mea, mea manufacturing method, and high polymer electrolyte fuel cell
JP2009187790A (en) * 2008-02-06 2009-08-20 Toyota Motor Corp Fuel cell

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001510932A (en) * 1997-07-16 2001-08-07 バラード パワー システムズ インコーポレイティド Elastic seal for a membrane electrode assembly (MEA) in an electrochemical fuel cell and method of making the seal
JP2006310288A (en) * 2005-04-01 2006-11-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd Mea, mea manufacturing method, and high polymer electrolyte fuel cell
JP2009187790A (en) * 2008-02-06 2009-08-20 Toyota Motor Corp Fuel cell

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5761417B1 (en) * 2014-03-31 2015-08-12 大日本印刷株式会社 Electrolyte membrane with support, and catalyst layer-electrolyte membrane laminate with support
CN110571452A (en) * 2018-06-05 2019-12-13 Nok株式会社 Gasket for fuel cell
CN110571452B (en) * 2018-06-05 2022-08-19 Nok株式会社 Gasket for fuel cell
CN110931821A (en) * 2018-09-19 2020-03-27 Nok株式会社 Gasket for fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP5569675B2 (en) 2014-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2008047313A (en) Fuel cell
US10103364B2 (en) Base material integrated type seal and metal mold for manufacturing the same
KR101047524B1 (en) Fuel cell and manufacturing method thereof
JP2011096419A (en) Sealing structure for fuel cell, and method of manufacturing the same
KR20070059158A (en) Method of producing gasket for fuel cells
JP5569675B2 (en) Fuel cell seal structure
JP2011040359A (en) Fuel cell gas diffusion layer integrated gasket
JP5077528B2 (en) Gasket for fuel cell
JP4193059B2 (en) Fuel cell components
WO2007029309A1 (en) Component for constituting fuel cell
JP4450716B2 (en) Fuel cell
JP2001155745A (en) Gasket for fuel cell
JP2006004677A (en) Fuel cell
JP2009230876A (en) Sealing structure for fuel cell and method for manufacturing the same
JP2014229366A (en) Fuel cell
JP2007280751A (en) Fuel cell, separator, and manufacturing method of these
JP2007329083A (en) Fuel cell
JP2008047437A (en) Molded part having seal structure, and its seal structure formation method
CA2936321C (en) Fuel cell with improved water discharge
JP5045026B2 (en) Fuel cell
JP5413552B2 (en) Fuel cell seal structure
JP2007250206A (en) Fuel cell
JP2009104922A (en) Fuel cell and method for manufacturing fuel cell
JP5234257B2 (en) Fuel cell seal structure
JP5024503B2 (en) Fuel cell seal

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20121105

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130812

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130815

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131011

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140312

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140508

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140528

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140610

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5569675

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250