JP2017227261A - ガスケット及び燃料電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】エンドプレートにおけるガスケットによるシールが行われる箇所の周りが腐食してシールの性能が低下することを抑制できるようにする。【解決手段】ガスケット３は、燃料電池におけるセルスタックのセル積層方向の端部に設けられるエンドプレート２の締結部４とセルスタックの周りを覆うケース１ａとの間に設けられ、締結部４との間のシール及びケース１ａとの間のシールを行う。ガスケット３は、締結部４とケース１ａとの間で両者の対向面に沿って延びる基板１３と、基板１３における締結部４側の面にその面に沿って設けられた弾性材層１４と、を備える。基板１３は、ケース１ａの内側寄りに位置する内縁部と外側寄りに位置する外縁部とを繋ぐ勾配部を有している。内縁部と外縁部とは基板１３の厚さ方向において異なる位置にあり、勾配部は内縁部及び外縁部に対し傾斜している。【選択図】図３

Description

本発明は、ガスケット及び燃料電池に関する。
特許文献１に示されるように、車両等に搭載される燃料電池は、セルスタックのセル積層方向の端部に設けられるエンドプレートと、上記セルスタックの周りを覆うケースと、を備えている。そして、エンドプレートとケースとの間には、ケース内の気密を保持するためのガスケットを設けるようにしている。このガスケットは、エンドプレートとの間のシール及びケースとの間のシールを行い、それらのシールによってケース内の気密を保持する。なお、燃料電池のエンドプレートに関しては、軽量化のためにアルミニウムを材料として用いるとともに、生産性の高い鋳造方法であるダイカスト法を用いて製造することが行われている。
特開２００８−２１６３６号公報
しかし、特許文献１のようにエンドプレートとケースとの間にガスケットを設けたとしても、そのガスケットを挟むエンドプレートとケースとの対向面間において、エンドプレートに対しガスケットによるシールが行われる箇所、及び、ケースに対しガスケットによるシールが行われる箇所までは、ケースの外部から水などの流体が浸入する可能性がある。
このように浸入した液体が塩水である場合、アルミニウム製であるエンドプレートにおいてガスケットによるシールが行われる箇所（以下、シール箇所という）の周りで、塩水による腐食が生じるおそれがある。そして、こうしたシール箇所の周りでの腐食が生じると、ガスケットによるエンドプレートに対するシールの性能が低下し、ケース内の気密を保持できなくなる。
本発明の目的は、エンドプレートにおけるガスケットによるシールが行われる箇所の周りが腐食してシールの性能が低下することを抑制できるガスケット及び燃料電池を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するガスケットは、燃料電池におけるセルスタックのセル積層方向の端部に設けられるエンドプレートと上記セルスタックの周りを覆うケースとの間に設けられ、上記エンドプレートとの間のシール及び上記ケースとの間のシールを行う。また、上記ガスケットは、エンドプレートとケースとの間で両者の対向面に沿って延びる基板と、基板におけるエンドプレート側の面にその面に沿って設けられた弾性材層と、を備える。この基板は、ケースの内側寄りに位置する内縁部、同ケースの外側寄りに位置する外縁部、及び、上記内縁部と上記外縁部との間にあって両者を繋ぐ勾配部を有している。更に、上記内縁部と上記外縁部とは基板の厚さ方向において異なる位置にあり、上記勾配部は上記内縁部及び上記外縁部に対し傾斜している。
この構成によれば、エンドプレートとケースとの対向面間にガスケットが挟まれたとき、基板における勾配部と内縁部との境界部分、もしくは勾配部と外縁部との境界部分がエンドプレート側に押し付けられる。これにより、基板におけるエンドプレート側の面の弾性材層のうち、エンドプレート側に押し付けられる上記境界部分に対応する部分が、エンドプレートに押し付けられて同エンドプレートに対するシールを行う。
また、エンドプレートにおけるガスケット（弾性材層）によるシールが行われる箇所（以下、シール箇所という）からケースの外に至る部分までの間において、エンドプレートにおけるケースとの対向面には、ガスケットの弾性材層が密着するようになる。このため、ガスケットを挟むエンドプレートとケースと対向面間に、ケースの外部から塩水等の流体が入り込むとしても、その流体がエンドプレートにおける上記シール箇所まで浸入することは抑制される。従って、燃料電池にアルミニウム製のエンドプレートが採用された場合であっても、そのエンドプレートにおけるガスケットによるシールが行われる箇所の周りが上記塩水により腐食してシールの性能が低下することを抑制できる。
なお、上記ガスケットは、基板におけるケース側の面にも、その面に沿うように弾性材層が設けられていることが好ましい。
ガスケットを挟むエンドプレートとケースと対向面間に外部から塩水が入り込んだとき、エンドプレート側と同様にケース側においても、ガスケットによるシールが行われる箇所まで塩水が浸入するおそれがある。仮に、こうした塩水の浸入が生じたとすると、ケースがアルミニウム製である場合、ケースにおけるガスケットによるシールが行われる箇所の周りが上記塩水で腐食する。
しかし、上記構成によれば、基板におけるケース側の面に設けられた弾性材層により、エンドプレートとケースとの対向面間にケースの外部から入り込んだ塩水が、ケースにおけるガスケットによるシールが行われる箇所の周りまで浸入することは抑制される。従って、燃料電池にアルミニウム製のケースが採用された場合に、そのケースにおけるガスケットによるシールが行われる箇所の周りが上記塩水により腐食してシールの性能が低下することを抑制できる。
上記課題を解決する燃料電池は、セルスタックのセル積層方向の端部に設けられたエンドプレートとセルスタックの周りを覆うケースとの間に、上述したガスケットが設けられている。この構成においても、上述した作用効果と同様の作用効果が得られる。
なお、上記燃料電池は、エンドプレートにおけるセルスタック側の面に、同セルスタックに対し流体を給排するための流路が形成されているとともに、セルスタックとエンドプレートとを絶縁するための樹脂層が設けられているものとすることが考えられる。そして、上記樹脂層はエンドプレートにおけるケースとの対向面まで延びている。
上記エンドプレートの樹脂層をインサート成形によって形成したとすると、樹脂層が成形後に冷却されて収縮する際、樹脂層のエンドプレートにおけるケースとの対向面側の端部が、エンドプレートから剥離してエンドプレートとケースとの対向面間に向けてはみ出すおそれがある。
しかし、上記構成によれば、エンドプレートとケースとの対向面間にガスケットが挟み込まれる分、それら対向面間の距離が長くなるため、樹脂層の上記端部がエンドプレートから剥離してはみ出したとき、その端部を上述したようにエンドプレートとケースとの対向面間に噛み込んでしまうことを抑制できる。
本発明によれば、エンドプレートにおけるガスケットによるシールが行われる箇所の周りが腐食してシールの性能が低下することを抑制できる。
燃料電池の全体構成を示す略図。 図１の燃料電池におけるエンドプレート及びガスケットをセルスタック側から見た状態を示す平面図。 図２のエンドプレートの締結部及びガスケット周りを矢印Ａ−Ａ方向から見た状態を示す断面図。 エンドプレートの締結部とケースとの対向面間に挟み込む前のガスケットを示す断面図。 エンドプレートの締結部がケースに対し締結されたときの締結部とケースとの対向面間のガスケットを示す断面図。 図３における樹脂層の端部周りであって一点鎖線Ｌ１で囲んだ部分を示す拡大断面図。 ガスケットの他の例を示す断面図。
以下、ガスケット及びそれが適用される燃料電池の一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
図１に示すように、燃料電池は、セルスタック１におけるセル積層方向（図１の左右方向）の端部にそれぞれ設けられたアルミニウム製のエンドプレート２と、セルスタック１の周りを覆うアルミニウム製のケース１ａと、を備えている。なお、これらエンドプレート２及びケース１ａは、生産性の高い鋳造法であるダイカスト法によって製造されている。
上記エンドプレート２は、ケース１ａとの間にガスケット３を挟んだ状態で同ケース１ａに対し締結されている。そして、エンドプレート２をケース１ａに対し締結することにより、セルスタック１がエンドプレート２によってセル積層方向に押圧され、その押圧を通じてセルスタック１のセル積層構造が維持される。また、エンドプレート２をケース１ａに対し締結することにより、エンドプレート２とケース１ａとの間に挟まれた上記ガスケット３によってケース１ａ内の気密が保持される。
燃料電池における一方のエンドプレート２（この例では図１の左側のもの）は、セルスタック１に対し、水素（燃料ガス）、空気（酸化ガス）、及び冷却水（冷却液）といった流体を給排するマニホールドとして機能する。上記セルスタック１は、エンドプレート２（マニホールド）を介して給排される水素と空気とを利用して発電を行うとともに、エンドプレート２を介して給排される冷却水によって冷却される。
図２は、図１のエンドプレート２及びガスケット３をセルスタック１側から見た状態を示している。このエンドプレート２は、一対の長辺及び一対の短辺を有する四角板状に形成されている。また、エンドプレート２の外縁部には、エンドプレート２の一対の長辺及び一対の短辺に沿って延びる締結部４、及び、それら締結部４に沿って延びる環状の上記ガスケット３が設けられている。
エンドプレート２における締結部４に囲まれた部分には、エンドプレート２を厚さ方向（図２の紙面と直交する方向）に貫通する貫通孔７〜１１が形成されている。また、エンドプレート２における締結部４に囲まれた部分のセルスタック１側の面（図２の紙面手前側の面）には、貫通孔９に繋がるとともにエンドプレート２の長辺方向に長く延びる凹部５が形成されている。更に、エンドプレート２の上述した面には、セルスタック１とエンドプレート２とを絶縁するための樹脂層６が、インサート成形によって凹部５の内壁及び貫通孔７〜１１の内壁も含む上記面全体に亘って設けられている。
エンドプレート２の長辺方向に沿った締結部４は、その長辺方向に所定の間隔をおいてボルト等によってケース１ａ（図１）に対し締結されている。また、エンドプレート２の短辺方向に沿った締結部４は、その短辺方向に所定の間隔をおいてボルト等によってケース１ａに対し締結されている。なお、エンドプレート２の各締結部４とケース１ａとの間には、上記ボルトが貫通した状態で上記ガスケット３が挟み込まれている。そして、エンドプレート２の締結部４をケース１ａに締結したとき、エンドプレート２の上記貫通孔７〜１１及び上記凹部５は、ケース１ａ内のセルスタック１に対し上記流体を給排するための流路としての役割を担う。
図３は、図２の締結部４及びガスケット３周りを矢印Ａ−Ａ方向から見た状態を示している。図３から分かるように、エンドプレート２の締結部４とケース１ａとの対向面間には上記ガスケット３が配置されており、その状態のもとで締結部４及びガスケット３を貫通するボルト１２がケース１ａにねじ込まれることによって、締結部４がケース１ａに対し締結されている。また、エンドプレート２の上記樹脂層６は、締結部４におけるケース１ａとの対向面まで延びている。
次に、ガスケット３について詳しく説明する。
図４は、ガスケット３を図３に示すようにエンドプレート２の締結部４とケース１ａとの対向面間に挟み込む前の状態を示している。
図４から分かるように、ガスケット３は、エンドプレート２の締結部４とケース１ａとの間で両者の対向面に沿って延びる金属製の基板１３と、その基板１３におけるエンドプレート２側（締結部４側）の面にその面に沿って設けられたゴム製の弾性材層１４と、を備えている。また、上記基板１３におけるケース１ａ側の面にも、その面に沿うように上記弾性材層１４と同様の弾性材層１５が設けられている。なお、弾性材層１４，１５は、樹脂等のゴム以外の材料で形成されていてもよいし、樹脂とゴムとの混合材料によって形成されていてもよい。
上記基板１３は、ケース１ａの内側寄り（図４の右側寄り）に位置する内縁部１３ａ、同ケース１ａの外側寄り（図４の左側寄り）に位置する外縁部１３ｂ、及び、内縁部１３ａと外縁部１３ｂとの間にあって両者を繋ぐ勾配部１３ｃを有している。そして、内縁部１３ａと外縁部１３ｂとは基板１３の厚さ方向（図４の上下方向）において異なる位置にあり、上記勾配部１３ｃは内縁部１３ａ及び外縁部１３ｂに対し傾斜している。
図５は、エンドプレート２の締結部４がケース１ａに対し締結されたときの締結部４とケース１ａとの間のガスケット３を示している。
このときには、ガスケット３の基板１３における勾配部１３ｃと内縁部１３ａとの境界部分Ｐ１がエンドプレート２側（締結部４側）に押し付けられる。これにより、基板１３における締結部４側の面の弾性材層１４のうち、上記境界部分Ｐ１に対応する部分が、締結部４に押し付けられて同締結部４（エンドプレート２）に対するシールを行う。一方、このとき、基板１３における勾配部１３ｃと外縁部１３ｂとの境界部分Ｐ２は、ケース１ａに押し付けられる。これにより、基板１３におけるケース１ａ側の面の弾性材層１５のうち、上記境界部分Ｐ２に対応する部分が、ケース１ａに押し付けられて同ケース１ａに対するシールを行う。
締結部４におけるガスケット３（弾性材層１４）によるシールが行われる箇所（以下、第１シール箇所ＳＰ１という）からケース１ａの外に至る部分までの間（矢印Ｘ１部分）において、締結部４におけるケース１ａとの対向面には、ガスケット３の弾性材層１４が密着するようになる。このため、ガスケット３を挟む締結部４とケース１ａとの対向面間にケース１ａの外部（図４の左側）から塩水等の流体が入り込むとしても、その流体が締結部４における上記第１シール箇所ＳＰ１まで浸入することは抑制される。従って、燃料電池にアルミニウム製のエンドプレート２が採用された場合であっても、そのエンドプレート２（締結部４）におけるガスケット３によるシールが行われる箇所（第１シール箇所ＳＰ１）の周りが上記塩水により腐食してシールの性能が低下することを抑制できる。
また、ケース１ａにおけるガスケット３（弾性材層１４）によるシールが行われる箇所（以下、第２シール箇所ＳＰ２という）からケース１ａの外に至る部分までの間（矢印Ｘ２部分）において、ケース１ａにおける締結部４との対向面には、ガスケット３の弾性材層１４が密着するようになる。このため、ガスケット３を挟む締結部４とケース１ａとの対向面間にケース１ａの外部（図４の左側）から塩水等の流体が入り込むとしても、その流体がケース１ａにおける上記第２シール箇所ＳＰ２まで浸入することは抑制される。従って、燃料電池にアルミニウム製のケース１ａが採用された場合であっても、そのケース１ａにおけるガスケット３によるシールが行われる箇所（第２シール箇所ＳＰ２）の周りが上記塩水により腐食してシールの性能が低下することを抑制できる。
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）燃料電池にアルミニウム製のエンドプレート２が採用された場合であっても、エンドプレート２（締結部４）における第１シール箇所ＳＰ１の周りが腐食してシールの性能が低下することを抑制できる。
（２）燃料電池にアルミニウム製のケース１ａが採用された場合であっても、そのケース１ａにおける第２シール箇所ＳＰ２の周りが腐食してシールの性能が低下することを抑制できる。
（３）図６において、エンドプレート２の樹脂層６が成形後に冷却されて収縮すると、その際に樹脂層６の締結部４とケース１ａとの対向面側の端部が、エンドプレート２から剥離して二点鎖線Ｌ２で示すように締結部４とケース１ａとの対向面間に向けて大きくはみ出すおそれがある。しかし、締結部４とケース１ａとの対向面間にガスケット３が挟み込まれる分、それら対向面間の距離が長くなるため、樹脂層６の上記端部がエンドプレート２から剥離して二点鎖線Ｌ２で示すようにはみ出したとき、その端部を上述したように締結部４とケース１ａとの対向面間に噛み込んでしまうことを抑制できる。
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・ケース１ａがアルミニウム以外の金属製である場合、ガスケット３の弾性材層１５を省略してもよい。この場合、エンドプレート２の締結部４がケース１ａに対し締結されたとき、締結部４とケース１ａとの対向面間のガスケット３において、基板１３の境界部分Ｐ２がケース１ａに押し付けられる。これにより、ガスケット３におけるケース１ａに対するシールが行われる。
・図７に示すように、ガスケット３において、基板１３の厚さ方向における内縁部１３ａと外縁部１３ｂとの位置関係を上記実施形態と逆にしてもよい。この場合、エンドプレート２の締結部４がケース１ａに対し締結されたとき、締結部４とケース１ａとの対向面間のガスケット３において、基板１３における勾配部１３ｃと外縁部１３ｂとの境界部分Ｐ２が締結部４側（エンドプレート２側）に押し付けられる一方、勾配部１３ｃと内縁部１３ａとの境界部分Ｐ１がケース１ａ側に押し付けられる。その結果、基板１３における締結部４側の面の弾性材層１４のうち、上記境界部分Ｐ２に対応する部分が、締結部４に押し付けられて同締結部４（エンドプレート２）に対するシールを行う。また、基板１３におけるケース１ａ側の面の弾性材層１５のうち、上記境界部分Ｐ１に対応する部分が、ケース１ａに押し付けられて同ケース１ａに対するシールを行う。
１…セルスタック、１ａ…ケース、２…エンドプレート、３…ガスケット、４…締結部、５…凹部、６…樹脂層、７…貫通孔、８…貫通孔、９…貫通孔、１０…貫通孔、１１…貫通孔、１２…ボルト、１３…基板、１３ａ…内縁部、１３ｂ…外縁部、１３ｃ…勾配部、１４…弾性材層、１５…弾性材層。
また、ケース１ａにおけるガスケット３（弾性材層１５）によるシールが行われる箇所（以下、第２シール箇所ＳＰ２という）からケース１ａの外に至る部分までの間（矢印Ｘ２部分）において、ケース１ａにおける締結部４との対向面には、ガスケット３の弾性材層１５が密着するようになる。このため、ガスケット３を挟む締結部４とケース１ａとの対向面間にケース１ａの外部（図４の左側）から塩水等の流体が入り込むとしても、その流体がケース１ａにおける上記第２シール箇所ＳＰ２まで浸入することは抑制される。従って、燃料電池にアルミニウム製のケース１ａが採用された場合であっても、そのケース１ａにおけるガスケット３によるシールが行われる箇所（第２シール箇所ＳＰ２）の周りが上記塩水により腐食してシールの性能が低下することを抑制できる。

Claims (4)

  1. 燃料電池におけるセルスタックのセル積層方向の端部に設けられるエンドプレートと前記セルスタックの周りを覆うケースとの間に設けられ、前記エンドプレートとの間のシール及び前記ケースとの間のシールを行うガスケットにおいて、
    前記エンドプレートと前記ケースとの間で両者の対向面に沿って延びる基板と、
    前記基板における前記エンドプレート側の面にその面に沿って設けられた弾性材層と、
    を備え、
    前記基板は、ケースの内側寄りに位置する内縁部、同ケースの外側寄りに位置する外縁部、及び、前記内縁部と前記外縁部との間にあって両者を繋ぐ勾配部を有しており、前記内縁部と前記外縁部とは前記基板の厚さ方向において異なる位置にあり、前記勾配部は前記内縁部及び前記外縁部に対し傾斜している
    ことを特徴とするガスケット。
  2. 前記基板における前記ケース側の面にも、その面に沿うように弾性材層が設けられている請求項１に記載のガスケット。
  3. セルスタックのセル積層方向の端部に設けられたエンドプレートと前記セルスタックの周りを覆うケースとの間に、請求項１又は２に記載のガスケットが設けられていることを特徴とする燃料電池。
  4. 前記エンドプレートにおける前記セルスタック側の面には、同セルスタックに対し流体を給排するための流路が形成されているとともに、前記セルスタックと前記エンドプレートとを絶縁するための樹脂層が設けられており、前記樹脂層は前記エンドプレートにおける前記ケースとの対向面まで延びている請求項３記載の燃料電池。
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