JP2013101849A - Separator with gasket for fuel cell, and fuel cell stack - Google Patents

Separator with gasket for fuel cell, and fuel cell stack Download PDF

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Takahiro Umeda
孝裕 梅田
Hiroki Kusakabe
弘樹 日下部
Shinsuke Takeguchi
伸介 竹口
Kiichi Shibata
礎一 柴田
Norihisa Yoshimoto
規寿 吉本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator with a gasket for a fuel cell and a fuel cell stack which surely prevent positional deviation of a gasket without causing large distortion of the gasket and a separator even in compression, and achieve improvement of durability of the gasket and prevention of damage of the separator.SOLUTION: In the separator with the gasket for the fuel cell, a gasket 2 is formed on a joint portion 12 including a projecting portion 11 provided on a separator 1, an apex portion 21 of the gasket 2 is provided so as not to overlap with the projecting portion 11 of the separator 1 when viewed from a thickness direction of the separator 1. When the gasket 2 is compressed, a compressive force applied to the apex portion 21 of the gasket 2 is received by the joint portion 12 including no projecting portion 11 of the separator, distortion in the gasket 2 is controlled to be low, and a sealing surface pressure is secured. Accordingly, durability of the gasket 2 can be improved, the gasket 2 is supported by the apex portion 11, and positional deviation of the gasket 2 can be prevented.

Description

本発明は、燃料電池用ガスケット付セパレータ及び燃料電池スタックに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell separator with a gasket and a fuel cell stack.

燃料電池は、少なくとも水素を含む燃料ガスと、少なくとも酸素を含む酸化剤ガスとを反応させて、電気と熱を作り出し、燃料の持つ化学エネルギーを直接あるいは間接的に電気エネルギーに変換するので、高い発電効率を得ることができる。   Fuel cells are highly reactive because they produce electricity and heat by reacting a fuel gas containing at least hydrogen and an oxidant gas containing at least oxygen, and directly or indirectly convert the chemical energy of the fuel into electrical energy. Power generation efficiency can be obtained.

燃料電池は、電解質膜の両面に、アノード、及び、カソードが形成された膜電極接合体(MEA)と、アノード、及び、カソードにそれぞれ燃料ガス、及び、酸化剤ガスを供給排出する流路が形成されたセパレータとからなる単セルモジュールを複数積層したスタックで構成される。   A fuel cell has a membrane electrode assembly (MEA) in which an anode and a cathode are formed on both surfaces of an electrolyte membrane, and a flow path for supplying and discharging fuel gas and oxidant gas to the anode and cathode, respectively. It is composed of a stack in which a plurality of single cell modules composed of formed separators are stacked.

セパレータとMEA、あるいは、セパレータとセパレータの間には、燃料ガスや、酸化剤ガス、及び、冷却水が、外部や、互いの空間にリークすることを防止するため、それぞれにガスケットが配置され、密閉され、気密性が保持されている。   Between the separator and the MEA, or between the separator and the separator, in order to prevent the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling water from leaking to the outside or to each other's space, a gasket is disposed in each. Sealed and airtight.

また、ガスケットがセパレータに一体化して形成されたガスケット付セパレータは、スタックの組立性を向上させることができる。   Moreover, the separator with a gasket in which the gasket is formed integrally with the separator can improve the assemblability of the stack.

従来のガスケット付セパレータのガスケット接合部の断面図を図10に示す。セパレータ100に形成された一体型ガスケット200は、金型成型により精度よくセパレータ100に形成することができるが、圧縮時にガスケット200がセパレータ100の表面を滑り、シール性が低下したり、ガスケット200に歪みが発生してガスケット200自体の耐久性が低下したりする課題があった。   A sectional view of a gasket joint portion of a conventional separator with gasket is shown in FIG. The integrated gasket 200 formed on the separator 100 can be formed on the separator 100 with high precision by molding, but the gasket 200 slides on the surface of the separator 100 during compression, and the sealing performance is reduced. There has been a problem that distortion occurs and the durability of the gasket 200 itself decreases.

そこで、例えば、特許文献1には、図11に示すように、セパレータ100に突起101を設け、その突起101を覆うようにガスケット200を形成する方法が開示されている。この構成によれば、セパレータ100に設けた突起101がガスケット200を支持して位置ずれを防止するので、ガスケット200の耐久性を向上することができる。   Thus, for example, Patent Document 1 discloses a method in which a protrusion 101 is provided on a separator 100 and a gasket 200 is formed so as to cover the protrusion 101 as shown in FIG. According to this configuration, the protrusions 101 provided on the separator 100 support the gasket 200 and prevent positional displacement, so that the durability of the gasket 200 can be improved.

特開2001−185174号公報JP 2001-185174 A

しかしながら、前記従来の燃料電池用ガスケット付セパレータは、位置ずれを防止することを目的としてセパレータに突起を設ける構成となっているが、この構成ではガスケットの頂点部と、突起が断面方向で重なっており、頂点部にかかる圧縮力により、圧縮時にガスケット内部に強い応力が発生し、封止ガスケットの信頼性が低下するという課題があった。   However, the conventional separator with a gasket for a fuel cell has a structure in which a protrusion is provided on the separator for the purpose of preventing displacement. In this structure, the apex of the gasket overlaps with the protrusion in the cross-sectional direction. In addition, due to the compressive force applied to the apex, a strong stress is generated inside the gasket during compression, and there is a problem that the reliability of the sealing gasket is lowered.

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ガスケットの位置ずれを確実に防止し、ガスケットの耐久性を向上する燃料電池用ガスケット付セパレータを提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell separator with a gasket that reliably prevents the displacement of the gasket and improves the durability of the gasket.

上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池用ガスケット付セパレータは、ガスケットが、セパレータに設けられた凸部を含む接合部の上に形成され、ガスケットの頂点部が、セパレータの厚み方向から見て、セパレータの凸部と重ならないように設けられるものである。   In order to solve the above-described conventional problems, in the separator with a gasket for a fuel cell of the present invention, the gasket is formed on a joint portion including a convex portion provided on the separator, and the apex portion of the gasket has a thickness of the separator. It is provided so as not to overlap the convex portion of the separator when viewed from the direction.

本発明の燃料電池用ガスケット付セパレータは、ガスケットの位置ずれ防止構造を維持した状態で、ガスケットの耐久性を向上することができるものである。   The separator with a gasket for a fuel cell of the present invention can improve the durability of the gasket while maintaining the structure for preventing the displacement of the gasket.

本発明の実施の形態1における燃料電池用ガスケット付セパレータの平面構成図1 is a plan configuration diagram of a fuel cell-equipped separator according to Embodiment 1 of the present invention. 同燃料電池用ガスケット付セパレータの要部断面構成図Cross-sectional configuration diagram of the main parts of the fuel cell separator with gasket 本発明の実施の形態2における燃料電池用ガスケット付セパレータの要部平面及び断面構成図The principal part plane and cross-sectional block diagram of the separator with a gasket for fuel cells in Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態3における燃料電池用ガスケット付セパレータの要部平面及び断面構成図The principal part plane and cross-sectional block diagram of the separator with a gasket for fuel cells in Embodiment 3 of this invention 同燃料電池用ガスケット付セパレータの別の形状の断面構成図Cross sectional configuration diagram of another shape of separator with gasket for fuel cell 本発明の実施の形態4における燃料電池用ガスケット付セパレータの要部平面及び断面構成図The principal part plane and cross-sectional block diagram of the separator with a gasket for fuel cells in Embodiment 4 of this invention 同燃料電池用ガスケット付セパレータの別の形状の断面構成図Cross sectional configuration diagram of another shape of separator with gasket for fuel cell 同燃料電池用ガスケット付セパレータの別の形状の断面構成図Cross sectional configuration diagram of another shape of separator with gasket for fuel cell 本発明の実施の形態5における燃料電池用ガスケット付セパレータの要部平面及び断面構成図The principal part plane and cross-sectional block diagram of the separator with a gasket for fuel cells in Embodiment 5 of this invention 従来の燃料電池用ガスケット付セパレータの断面構成図Cross-sectional configuration diagram of conventional separator with gasket for fuel cell 従来の燃料電池用ガスケット付セパレータの別の形状の断面構成図Cross-sectional configuration diagram of another shape of conventional separator with gasket for fuel cell

第1の発明は、セパレータと、前記セパレータに形成されたガスケットと、を備える燃料電池用ガスケット付セパレータにおいて、前記ガスケットは、前記セパレータに設けられた凸部を含む接合部の上に形成され、前記ガスケットの頂点部は、前記セパレータの厚み方向から見て、前記セパレータの前記凸部と重ならないように設けられることを特徴とする。   1st invention is a separator with a gasket for fuel cells provided with a separator and the gasket formed in the said separator, The above-mentioned gasket is formed on the joined part including the convex part provided in the above-mentioned separator, The apex portion of the gasket is provided so as not to overlap the convex portion of the separator when viewed from the thickness direction of the separator.

この構成により、ガスケットが圧縮された時、ガスケットの頂点部にかかる圧縮力をセパレータの凸部を含まない接合部で受け、ガスケット内部の歪みを低く抑えて、シール面圧を確保するので、ガスケットの耐久性を向上することができる。   With this configuration, when the gasket is compressed, the compressive force applied to the apex of the gasket is received at the joint that does not include the convex portion of the separator, and the distortion inside the gasket is kept low, ensuring the seal surface pressure. It is possible to improve the durability.

また、凸部でガスケットが支持されるので、ガスケットの位置ずれを防止することができ、ガスケットのシール性と耐久性を確保することができる。   In addition, since the gasket is supported by the convex portion, it is possible to prevent the gasket from being displaced, and to ensure the sealing performance and durability of the gasket.

第2の発明は、第1の発明において、前記ガスケットは、前記セパレータと対向する板体と密着する前記頂点部を含む密着部と、前記セパレータと対向する前記板体に接触しない非接触部と、からなり、前記セパレータの厚み方向から見て、前記ガスケットの前記非接触部と重なるように、前記セパレータに凸部を設けることを特徴とする。   According to a second invention, in the first invention, the gasket includes a close contact portion including the apex portion that is in close contact with the plate body facing the separator, and a non-contact portion that is not in contact with the plate body facing the separator. The separator is provided with a convex portion so as to overlap the non-contact portion of the gasket as viewed in the thickness direction of the separator.

この構成により、ガスケットの内部に大きな応力が発生する密着部の下に、セパレータの凸部を形成しないので、ガスケットの内部の歪をさらに低く抑えることができ、ガスケ
ットの耐久性を確保することができる。
With this configuration, the convex portion of the separator is not formed under the close contact portion where a large stress is generated inside the gasket, so that the distortion inside the gasket can be further reduced, and the durability of the gasket can be ensured. it can.

第3の発明は、第1又は2の発明において、前記セパレータの接合部は、一対の凸部を備え、前記ガスケットは、前記頂点部が、前記一対の凸部の間に位置するように、前記セパレータの前記一対の凸部を含む前記接合部の上に形成されることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the joint portion of the separator includes a pair of convex portions, and the gasket has the apex portion positioned between the pair of convex portions. The separator is formed on the joint portion including the pair of convex portions.

この構成により、頂点部が一対の凸部の間で移動が規制され、頂点部をガスケットの中央に配置させ、位置ずれを防止することができるので、ガスケットのシール性と耐久性を向上することができる。   With this configuration, the movement of the apex portion is restricted between the pair of convex portions, and the apex portion can be arranged in the center of the gasket to prevent displacement, thereby improving the sealing performance and durability of the gasket. Can do.

第4の発明は、第1ないし3のいずれか一つの発明において、前記セパレータの前記接合部は、前記凸部及び平坦な平坦部のみからなることを特徴とする。   According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, the joint portion of the separator includes only the convex portion and a flat flat portion.

この構成により、セパレータの厚みを一定以上確保することができ、セパレータの強度を維持することができる。そのため、セパレータの破損を抑制でき、かつ、ガスケットのシール性と耐久性を確保することができる。特に、破損が起こりやすいカーボン及び樹脂を含むセパレータを用いる場合、セパレータの破損をより確実に抑制できる。   With this configuration, the thickness of the separator can be secured to a certain level, and the strength of the separator can be maintained. Therefore, damage to the separator can be suppressed, and the sealing performance and durability of the gasket can be ensured. In particular, when using a separator containing carbon and a resin that easily breaks, the breakage of the separator can be more reliably suppressed.

第5の発明は、第1ないし3いずれか一つの発明において、前記セパレータの前記接合部は、凹部を備え、前記ガスケットは、前記密着部が、前記凹部の上に来るように、前記セパレータの前記凸部及び前記凹部を含む前記接合部の上に形成されることを特徴とする。   According to a fifth invention, in any one of the first to third inventions, the joint portion of the separator includes a recess, and the gasket includes the separator so that the contact portion is on the recess. It is formed on the joint part including the convex part and the concave part.

この構成により、接合部の接触面積が増大し、ガスケットの接合強度が向上するとともに、ガスケットの位置ずれをさらに防止するので、ガスケットの耐久性をより向上することができる。   With this configuration, the contact area of the joint is increased, the joint strength of the gasket is improved, and the gasket is further prevented from being displaced, so that the durability of the gasket can be further improved.

第6の発明は、第5の発明において、前記凹部及び前記凹部と前記セパレータ本体との境界部は、曲面であることを特徴とする。   In a sixth aspect based on the fifth aspect, the concave portion and the boundary between the concave portion and the separator body are curved surfaces.

この構成により、ガスケットが凹部と前記セパレータ本体との境界部から受ける圧縮力を分散させることができるので、ガスケットの境界部における内部の応力を低く抑えることができ、ガスケットの耐久性を向上することができる。   With this configuration, the compressive force that the gasket receives from the boundary between the recess and the separator body can be dispersed, so that the internal stress at the boundary of the gasket can be kept low, and the durability of the gasket is improved. Can do.

また、ガスケットをセパレータに一体成形する時、粘度の高い液状ガスケット材料を用いた場合、射出圧力を高くする必要があるが、凹部を曲面にするので、凹部が受ける射出圧力が分散され、セパレータの凹部における内部の応力を低く抑えることができ、セパレータの破損を防止することができる。   Also, when a gasket is integrally formed with the separator, if a high-viscosity liquid gasket material is used, it is necessary to increase the injection pressure. However, since the concave portion is curved, the injection pressure received by the concave portion is dispersed, and the separator The internal stress in the recess can be kept low, and damage to the separator can be prevented.

第7の発明は、第5又は6の発明において、前記ガスケットが形成されるシールラインに沿って前記凹部が複数配置される、ことを特徴とする。   A seventh invention is characterized in that, in the fifth or sixth invention, a plurality of the recesses are arranged along a seal line in which the gasket is formed.

この構成により、凹部とガスケットの接触面積を増加させ、凹部とガスケットの接合強度を向上させるので、ガスケットがセパレータにより強固に固定され、ガスケットの位置ずれをさらに防止することができる。   With this configuration, the contact area between the recess and the gasket is increased, and the bonding strength between the recess and the gasket is improved. Therefore, the gasket is firmly fixed by the separator, and the displacement of the gasket can be further prevented.

第8の発明は、第1〜7のいずれか1つの発明において、前記凸部及び前記凸部と前記セパレータ本体との境界部は、曲面である、ことを特徴とする。   According to an eighth invention, in any one of the first to seventh inventions, the convex portion and a boundary portion between the convex portion and the separator body are curved surfaces.

この構成により、ガスケットが凸部から受ける圧縮力を分散させることができるので、
ガスケットの凸部における内部の応力を低く抑えることができ、ガスケットの耐久性を向上することができる。
With this configuration, it is possible to disperse the compressive force that the gasket receives from the convex portion.
The internal stress at the convex portion of the gasket can be kept low, and the durability of the gasket can be improved.

また、ガスケットをセパレータに一体成形する時、粘度の高い液状ガスケット材料を用いた場合、射出圧力を高くする必要があるが、凸部とセパレータ本体との境界部を曲面にするので、境界部が受ける射出圧力が分散され、セパレータの境界部における内部の応力を低く抑えることができ、セパレータの破損を防止することができる。   Also, when a gasket is integrally formed with a separator, if a high-viscosity liquid gasket material is used, it is necessary to increase the injection pressure, but since the boundary between the convex part and the separator body is curved, the boundary part is The injection pressure received is dispersed, the internal stress at the boundary of the separator can be kept low, and the separator can be prevented from being damaged.

第9の発明は、第1〜8のいずれか1つの発明において、前記ガスケットが形成されるシールラインに沿って前記凸部が複数配置される、ことを特徴とする。   According to a ninth invention, in any one of the first to eighth inventions, a plurality of the convex portions are arranged along a seal line on which the gasket is formed.

この構成により、凸部とガスケットの接触面積を増加させ、凸部とガスケットの接合強度を向上させるので、ガスケットがセパレータにより強固に固定され、ガスケットの位置ずれをさらに防止することができる。   With this configuration, the contact area between the convex portion and the gasket is increased, and the bonding strength between the convex portion and the gasket is improved. Therefore, the gasket is firmly fixed by the separator, and the displacement of the gasket can be further prevented.

第10の発明は、一対の電極及び電解質膜を備えた膜電極接合体と、前記膜電極接合体に反応ガスを供給し排出する流路を備えた第1から9の発明のうちいずれか1つに記載の燃料電池用ガスケット付セパレータと、を複数積層した燃料電池スタックである。   A tenth aspect of the invention is any one of the first to ninth aspects of the invention, comprising a membrane electrode assembly including a pair of electrodes and an electrolyte membrane, and a flow path for supplying and discharging a reaction gas to the membrane electrode assembly. A fuel cell stack in which a plurality of gasket-equipped separators for fuel cells according to the above are stacked.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the same components as those of the above-described embodiments will be denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

(実施の形態1)
燃料電池は、水素イオン伝導性を有する電解質膜の両面に、アノード、及び、カソードが形成された膜電極接合体(MEA)と、アノード及びカソードにそれぞれ燃料ガス/酸化剤ガスを供給排出する流路となる溝が形成されたセパレータとからなる単セルモジュールを複数積層したスタックで構成される。
(Embodiment 1)
A fuel cell has a membrane electrode assembly (MEA) in which an anode and a cathode are formed on both surfaces of an electrolyte membrane having hydrogen ion conductivity, and a flow for supplying and discharging fuel gas / oxidant gas to the anode and cathode, respectively. It is composed of a stack in which a plurality of single cell modules each composed of a separator having a groove serving as a path are stacked.

図1は、実施の形態1におけるセパレータの平面構成図を示す。アノード、及び、カソードに配設されるセパレータ1は、カーボンや、金属などの導電性材料からなり、セパレータ1とMEA、あるいは、セパレータ1と別のセパレータとの間、及び、各種マニホールド3には、燃料ガスや、酸化剤ガス、及び、冷却水が、外部や、互いの空間にリークすることを防止するため、それぞれにガスケット2が配置され、密閉され、気密性が保持されている。   FIG. 1 is a plan view of the separator according to the first embodiment. The separator 1 disposed on the anode and the cathode is made of a conductive material such as carbon or metal, and between the separator 1 and the MEA, or between the separator 1 and another separator, and in the various manifolds 3. In order to prevent the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling water from leaking to the outside or to each other's space, the gaskets 2 are arranged and sealed, respectively, so that airtightness is maintained.

また、セパレータ1のアノード及びカソードの電極面に面する側には、それぞれ燃料ガスと酸化剤ガスを供給(または排出)する流路4が形成されている。流路4の構成としては、例えば、サーペンタイン状の流路が挙げられる。さらに、セパレータ1のアノード及びカソードに直接面していない側には、燃料電池を冷却する冷却媒体を供給(または排出)する冷却媒体流路が形成されている。なお、ガスケット2はセパレータ1に一体化して形成されることにより、スタックの組立性を向上させることができる。   Further, flow paths 4 for supplying (or discharging) fuel gas and oxidant gas are formed on the sides of the separator 1 facing the electrode surfaces of the anode and the cathode, respectively. Examples of the configuration of the flow path 4 include a serpentine-shaped flow path. Further, a cooling medium flow path for supplying (or discharging) a cooling medium for cooling the fuel cell is formed on the side of the separator 1 not directly facing the anode and the cathode. In addition, the gasket 2 can be integrated with the separator 1 to improve the assemblability of the stack.

図2は、図1のA部のガスケット接合部の断面図である。図2に示すように、実施の形態1の燃料電池用ガスケット付セパレータのガスケット2は、セパレータ1に設けられた凸部11を含む接合部12の上に形成され、ガスケットの頂点部21が、セパレータ1の厚み方向から見て、セパレータ1の凸部11と重ならないように、接合部12の上方に位置するように設けられる。この構成により、ガスケット2が圧縮された時、ガスケット2の頂点部21にかかる圧縮力をセパレータの凸部11を含まない接合部12で受けることとなり、ガスケット2内部の歪みを低く抑えて、シール面圧を確保するので、ガスケット2の耐久性を向上することができる。さらに、凸部11でガスケット2が支持されるので
、ガスケット2の位置ずれを防止することができ、ガスケット2のシール性と耐久性を確保することができる。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the gasket joint portion in part A of FIG. As shown in FIG. 2, the gasket 2 of the separator with a fuel cell gasket of the first embodiment is formed on the joint 12 including the convex portion 11 provided on the separator 1, and the apex 21 of the gasket is When viewed from the thickness direction of the separator 1, the separator 1 is provided so as not to overlap with the convex portion 11 of the separator 1 so as to be positioned above the joint portion 12. With this configuration, when the gasket 2 is compressed, the compressive force applied to the apex portion 21 of the gasket 2 is received by the joint portion 12 that does not include the convex portion 11 of the separator. Since the surface pressure is ensured, the durability of the gasket 2 can be improved. Furthermore, since the gasket 2 is supported by the convex part 11, the position shift of the gasket 2 can be prevented, and the sealing performance and durability of the gasket 2 can be ensured.

また、凸部11及び凸部11とセパレータ1との第1境界部13は、R面取りが施されている曲面であり、ガスケット2が凸部11から受ける圧縮力を分散させることができる構成となっている。この構成により、ガスケット2の凸部11における内部の応力を低く抑えることができ、ガスケット2の耐久性を向上することができる。さらに、ガスケット2をセパレータ1に一体成形する時、粘度の高い液状ガスケット材料を用いた場合、射出圧力を高くする必要があるが、凸部11とセパレータ1との第1境界部13を曲面にするので、第1境界部13が受ける射出圧力が分散され、セパレータ1の第1境界部13における内部の応力を低く抑えることができ、セパレータ1の破損を防止することができる。   Further, the convex portion 11 and the first boundary portion 13 between the convex portion 11 and the separator 1 are curved surfaces that are chamfered, and the gasket 2 can disperse the compressive force received from the convex portion 11. It has become. With this configuration, the internal stress in the convex portion 11 of the gasket 2 can be kept low, and the durability of the gasket 2 can be improved. Further, when the gasket 2 is integrally formed with the separator 1, when a high-viscosity liquid gasket material is used, it is necessary to increase the injection pressure. However, the first boundary 13 between the convex portion 11 and the separator 1 is curved. Thus, the injection pressure received by the first boundary portion 13 is dispersed, the internal stress at the first boundary portion 13 of the separator 1 can be kept low, and the separator 1 can be prevented from being damaged.

(実施の形態2)
実施の形態2の燃料電池用ガスケット付セパレータについて、図3を用いて説明する。図3は、本発明の実施の形態2における燃料電池用ガスケット付セパレータのガスケット2接合部の断面構成図である。ガスケット2は、セパレータ1と対向する板体と密着する、頂点部21を含む密着部22と、セパレータ1と対向する板体に接触しない非接触部23と、からなり、セパレータ1の厚み方向から見て、ガスケット2の非接触部23のと重なるように、前記セパレータに凸部11を設けられている。それ以外の点は実施の形態1と同様の構成であり、説明を省略する。
(Embodiment 2)
The fuel cell separator with gasket of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram of a gasket 2 joint portion of a separator with a gasket for a fuel cell according to Embodiment 2 of the present invention. The gasket 2 includes a close contact portion 22 including the apex portion 21 that is in close contact with the plate body facing the separator 1 and a non-contact portion 23 that is not in contact with the plate body facing the separator 1, and from the thickness direction of the separator 1. As seen, the convex portion 11 is provided on the separator so as to overlap the non-contact portion 23 of the gasket 2. The other points are the same as those in the first embodiment, and the description is omitted.

特に、ガスケット2は、セパレータ1に設けられた凸部11を含む接合部12の上に形成され、頂点部21を含む密着部22は、セパレータ1の凸部11を含まない接合部12と重なるように設けられる。この構成により、セパレータ1と対向する板体によりガスケット2が圧縮された時、ガスケット2の内部に大きな応力が発生する密着部22にかかる圧縮力をセパレータ1の凸部11を含まない接合部12で受け、ガスケット2の内部歪みを低く抑えて、シール面圧を確保することができる。さらに、ガスケット2全体の高さを最小限に抑えることができ、複数のモジュールを積層したスタックのサイズを小型化することができるだけでなく、ガスケット2の耐久性を向上することができる。   In particular, the gasket 2 is formed on the joint portion 12 including the convex portion 11 provided on the separator 1, and the close contact portion 22 including the apex portion 21 overlaps the joint portion 12 not including the convex portion 11 of the separator 1. It is provided as follows. With this configuration, when the gasket 2 is compressed by the plate body facing the separator 1, the compressive force applied to the close contact portion 22 where a large stress is generated inside the gasket 2 is applied to the joint portion 12 that does not include the convex portion 11 of the separator 1. Thus, the internal strain of the gasket 2 can be kept low, and the seal surface pressure can be secured. Furthermore, the height of the entire gasket 2 can be minimized, and the size of the stack in which a plurality of modules are stacked can be reduced, and the durability of the gasket 2 can be improved.

ここで、セパレータ1と対向する板体とは、別のセパレータ、MEA、MEAを保持する枠体、または、端板やマニホールド配管など、セパレータ1との間に気密を必要とする部材を示す。   Here, the plate body facing the separator 1 refers to a member that requires airtightness between the separator 1, such as another separator, MEA, a frame body that holds the MEA, or an end plate or manifold piping.

また、圧縮時に応力のかからない非接触部23の下に形成された凸部11でガスケット2を支持することができるので、ガスケット2の位置ずれを防止することができ、複数のモジュールが積層されても、ガスケット2の頂点部21の小さな位置ずれが重なることが抑制され、圧縮時にガスケット2や、セパレータ1に大きな歪みを発生させることなく、ガスケット2のシール性と耐久性を確保し、セパレータ1の破損を防止することができる。   Further, since the gasket 2 can be supported by the convex portion 11 formed under the non-contact portion 23 that is not stressed during compression, the gasket 2 can be prevented from being displaced, and a plurality of modules are laminated. However, it is possible to prevent the small displacement of the apex portion 21 of the gasket 2 from being overlapped, and to ensure the sealing property and durability of the gasket 2 without causing a large distortion in the gasket 2 or the separator 1 during compression. Can be prevented from being damaged.

(実施の形態3)
実施の形態3の燃料電池用ガスケット付セパレータについて、図4と図5を用いて説明する。図4は、本発明の実施の形態2における燃料電池用ガスケット付セパレータのガスケット2接合部の平面及び断面構成図である。セパレータ1の接合部12は、一対の凸部11a及び11bを備えている。ガスケット2は、一対の凸部11a及び11bを含む接合部12の上に形成されている。そして、ガスケット2の一対の非接触部23の下にそれぞれ一対の凸部11a及び11bが形成され、頂点部21は、セパレータ1の凸部11a及び11bを含まず、一対の凸部11a及び11bの間に位置する接合部12と重なるように設けられている。それ以外の点は実施の形態2と同様の構成であり、説明を省略する
(Embodiment 3)
The fuel cell separator with gasket according to Embodiment 3 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. FIG. 4 is a plan and cross-sectional configuration diagram of the gasket 2 joint portion of the separator with a gasket for a fuel cell in Embodiment 2 of the present invention. The joint portion 12 of the separator 1 includes a pair of convex portions 11a and 11b. The gasket 2 is formed on the joint portion 12 including a pair of convex portions 11a and 11b. And a pair of convex parts 11a and 11b are formed under a pair of non-contact parts 23 of gasket 2, respectively, and apex part 21 does not include convex parts 11a and 11b of separator 1, and a pair of convex parts 11a and 11b It is provided so as to overlap with the joint portion 12 located between the two. The other points are the same as those in the second embodiment, and a description thereof will be omitted.

一対の凸部11a及び11bの形状は、図5に示す概略三角形状でもよく、その角部及び凸部11a及び11bとセパレータ1との第1境界部13は、R面取りが施されている曲面であり、ガスケット2が凸部11a及び11bから受ける圧縮力を分散させることができる構成となっている。   The shape of the pair of convex portions 11a and 11b may be a substantially triangular shape as shown in FIG. 5, and the corner portion and the first boundary portion 13 between the convex portions 11a and 11b and the separator 1 are curved surfaces that are rounded. The gasket 2 is configured to be able to disperse the compressive force received from the convex portions 11a and 11b.

本発明の実施の形態3の構成により、頂点部21が一対の凸部11a及び11bの間で移動が規制され、頂点部21をガスケット2の中央に配置させるとともに、位置ずれを防止することができるので、ガスケット2のシール性と耐久性をさらに向上することができる。   According to the configuration of the third embodiment of the present invention, the movement of the apex portion 21 is restricted between the pair of convex portions 11a and 11b, and the apex portion 21 is disposed at the center of the gasket 2 and also prevents displacement. Therefore, the sealing performance and durability of the gasket 2 can be further improved.

(実施の形態4)
実施の形態4の燃料電池用ガスケット付セパレータについて、図6〜図8を用いて説明する。図6は、本発明の実施の形態4における燃料電池用ガスケット付セパレータのガスケット2接合部の断面図である。セパレータ1の接合部12は凹部14を備え、ガスケット2は凸部11a及び11bと、凹部14を含む接合部12の上に形成されている。ガスケット2の頂点部21は、セパレータ1の凸部11a及び11bを含まない、凹部14と重なるように設けられている。これらの構成により、接合部12の接触面積が増大し、ガスケット2の接合強度が向上するとともに、ガスケット2の位置ずれをさらに防止するので、ガスケット2の耐久性をより向上することができる。これらの点で、実施の形態2と異なるが、それ以外は同様の構成であり、説明を省略する。なお、凹部14の形状は、図7、あるいは、図8に示すような形状でもよい。
(Embodiment 4)
A separator with a gasket for fuel cell according to Embodiment 4 will be described with reference to FIGS. 6 is a cross-sectional view of a gasket 2 joint portion of a separator with a gasket for a fuel cell according to Embodiment 4 of the present invention. The joint portion 12 of the separator 1 includes a concave portion 14, and the gasket 2 is formed on the convex portions 11 a and 11 b and the joint portion 12 including the concave portion 14. The apex portion 21 of the gasket 2 is provided so as to overlap the concave portion 14 that does not include the convex portions 11 a and 11 b of the separator 1. With these configurations, the contact area of the joint portion 12 is increased, the joint strength of the gasket 2 is improved, and the displacement of the gasket 2 is further prevented, so that the durability of the gasket 2 can be further improved. In these respects, although different from the second embodiment, the configuration is otherwise the same, and the description is omitted. In addition, the shape of the recessed part 14 may be a shape as shown in FIG. 7 or FIG.

また、図6の凹部14及び凹部14とセパレータ1との第2境界部15を曲面とすることで、ガスケット2が凹部14とセパレータ1との第2境界部15から受ける圧縮力を分散させることができ、ガスケット2の第2境界部15における内部の応力を低く抑えることができ、ガスケット2の耐久性を向上することができる。   Moreover, the compression force which the gasket 2 receives from the 2nd boundary part 15 of the recessed part 14 and the separator 1 is disperse | distributed by making the 2nd boundary part 15 of the recessed part 14 and the recessed part 14 and the separator 1 of FIG. The internal stress at the second boundary portion 15 of the gasket 2 can be kept low, and the durability of the gasket 2 can be improved.

また、ガスケット2をセパレータ1に一体成形する時、粘度の高い液状ガスケット材料を用いた場合、射出圧力を高くする必要があるが、凹部14を曲面にすることで、凹部14が受ける射出圧力が分散され、セパレータ1の凹部14における内部の応力を低く抑えることができ、セパレータ1の破損を防止することができる。   Further, when the gasket 2 is integrally formed with the separator 1, when a liquid gasket material having a high viscosity is used, it is necessary to increase the injection pressure. However, when the concave portion 14 is curved, the injection pressure received by the concave portion 14 is reduced. Dispersed, the internal stress in the recess 14 of the separator 1 can be kept low, and damage to the separator 1 can be prevented.

(実施の形態5)
実施の形態5の燃料電池用ガスケット付セパレータについて、図9を用いて説明する。図9は、本発明の実施の形態5における燃料電池用ガスケット付セパレータの凸部及び凹部の形成されたシールラインの平面及び断面構成図である。ガスケット2が形成されるシールラインに沿って凸部11a及び11b、及び凹部14が複数配置される点で、実施の形態4と異なるが、それ以外は同様の構成であり、説明を省略する。
(Embodiment 5)
The fuel cell separator with gasket of Embodiment 5 will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a plan view and a cross-sectional configuration diagram of a seal line in which convex portions and concave portions of the separator with a gasket for a fuel cell according to Embodiment 5 of the present invention are formed. Although it differs from Embodiment 4 by the point by which multiple convex parts 11a and 11b and the recessed part 14 are arrange | positioned along the seal line in which the gasket 2 is formed, it is the same structure except it, and description is abbreviate | omitted.

この構成により、凸部11a及び11b、及び凹部14とガスケットの接触面積を増加させ、凸部11a及び11b、及び凹部14とガスケット2の接合強度を向上させるので、ガスケット2がセパレータ1により強固に固定され、ガスケット2の位置ずれをさらに防止することができる。   With this configuration, the contact area between the convex portions 11a and 11b and the concave portion 14 and the gasket is increased, and the bonding strength between the convex portions 11a and 11b and the concave portion 14 and the gasket 2 is improved. The position of the gasket 2 can be further prevented from being fixed.

なお、実施の形態1〜5では、内部マニホールド型の燃料電池システムに対して利用される形態を示すが、これに限定されたものではなく、外部マニホールド型の燃料電池に対して適用してももちろん有効である。   In the first to fifth embodiments, an embodiment used for an internal manifold type fuel cell system is shown. However, the present invention is not limited to this and may be applied to an external manifold type fuel cell. Of course it is effective.

以上のように、本発明の燃料電池用ガスケット付セパレータ及び燃料電池スタックは、水素などの可燃性ガスや、水を取り扱う燃料電池、特にモジュールを複数積層したスタック等の用途に適用できる。   As described above, the fuel cell separator and fuel cell stack of the present invention can be applied to uses such as a fuel cell that handles flammable gas such as hydrogen and water, particularly a stack in which a plurality of modules are stacked.

1 セパレータ
11、11a、11b 凸部
12 接合部
13 第1境界部
14 凹部
15 第2境界部
2 ガスケット
21 頂点部
22 密着部
23 非接触部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Separator 11, 11a, 11b Convex part 12 Joining part 13 1st boundary part 14 Recessed part 15 2nd boundary part 2 Gasket 21 Vertex part 22 Contact | adherence part 23 Non-contact part

Claims (10)

セパレータと、
前記セパレータに形成されたガスケットと、
を備える燃料電池用ガスケット付セパレータにおいて、
前記ガスケットは、前記セパレータに設けられた凸部を含む接合部の上に形成され、
前記ガスケットの頂点部は、前記セパレータの厚み方向から見て、前記セパレータの前記凸部と重ならないように設けられる、
燃料電池用ガスケット付セパレータ。
A separator;
A gasket formed on the separator;
In a separator with a gasket for a fuel cell comprising:
The gasket is formed on a joint including a convex portion provided on the separator,
The apex portion of the gasket is provided so as not to overlap the convex portion of the separator as seen from the thickness direction of the separator.
Separator with gasket for fuel cell.
前記ガスケットは、前記セパレータと対向する板体と密着する前記頂点部を含む密着部と、前記セパレータと対向する前記板体に接触しない非接触部と、からなり、
前記セパレータの厚み方向から見て、前記ガスケットの前記非接触部と重なるように前記セパレータに凸部を設ける、
請求項1に記載の燃料電池用ガスケット付セパレータ。
The gasket comprises a close contact portion including the apex portion that is in close contact with the plate body facing the separator, and a non-contact portion that does not contact the plate body facing the separator,
Providing a convex portion on the separator so as to overlap the non-contact portion of the gasket as seen from the thickness direction of the separator,
The separator with a gasket for fuel cells according to claim 1.
前記セパレータの接合部は、一対の凸部を備え、
前記ガスケットは、前記頂点部が、前記一対の凸部の間に位置するように、前記セパレータの前記一対の凸部を含む前記接合部の上に形成される、
請求項1又は2に記載の燃料電池用ガスケット付セパレータ。
The separator joint includes a pair of convex portions,
The gasket is formed on the joint portion including the pair of convex portions of the separator so that the apex portion is located between the pair of convex portions.
The separator with a gasket for fuel cells according to claim 1 or 2.
前記セパレータの前記接合部は、前記凸部及び平坦な平坦部のみからなる、
請求項1ないし3のいずれか一つに記載の燃料電池用ガスケット付セパレータ。
The joint portion of the separator consists of only the convex portion and a flat flat portion.
The separator with a gasket for fuel cells as described in any one of Claims 1 thru | or 3.
前記セパレータの前記接合部は、凹部を備え、
前記ガスケットは、前記頂点部が、前記凹部の上に来るように、前記セパレータの前記凸部及び前記凹部を含む前記接合部の上に形成される、
請求項1ないし3いずれか一つに記載の燃料電池用ガスケット付セパレータ。
The joining portion of the separator includes a recess.
The gasket is formed on the joint including the convex portion and the concave portion of the separator so that the apex portion is on the concave portion.
The separator with a gasket for fuel cells as described in any one of Claims 1 thru | or 3.
前記凹部及び前記凹部と前記セパレータ本体との境界部は、曲面である、
請求項5に記載の燃料電池用ガスケット付セパレータ。
The recess and the boundary between the recess and the separator body are curved surfaces.
The separator with a gasket for fuel cells according to claim 5.
前記ガスケットが形成されるシールラインに沿って前記凹部が複数配置される、
請求項5又は6に記載の燃料電池用ガスケット付セパレータ。
A plurality of the recesses are arranged along a seal line where the gasket is formed.
The separator with a gasket for fuel cells according to claim 5 or 6.
前記凸部及び前記凸部と前記セパレータ本体との境界部は、曲面である、
請求項1〜7のいずれか1つに記載の燃料電池用ガスケット付セパレータ。
The convex part and the boundary part between the convex part and the separator body are curved surfaces.
The separator with a gasket for fuel cells as described in any one of Claims 1-7.
前記ガスケットが形成されるシールラインに沿って前記凸部が複数配置される、
請求項1〜8のいずれか1つに記載の燃料電池用ガスケット付セパレータ。
A plurality of the convex portions are arranged along a seal line where the gasket is formed.
The separator with a gasket for fuel cells as described in any one of Claims 1-8.
一対の電極及び電解質膜を備えた膜電極接合体と、
前記膜電極接合体に反応ガスを供給し排出する流路を備えた請求項1から9のいずれか1項に記載の燃料電池用ガスケット付セパレータと、
を複数積層した燃料電池スタック。
A membrane electrode assembly comprising a pair of electrodes and an electrolyte membrane;
The separator with a gasket for a fuel cell according to any one of claims 1 to 9, further comprising a flow path for supplying and discharging a reaction gas to the membrane electrode assembly.
A fuel cell stack with multiple layers.
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