JP2022066850A - gasket - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セパレータ一体ガスケットなどのガスケットに関する。 The present invention relates to a gasket such as a gasket integrated with a separator.
燃料電池に備えられるセパレータ一体ガスケットにおいては、金属やカーボン材料からなるセパレータに、接着剤を塗布した状態で、ゴムなどの弾性体製のガスケット本体が一体的に成形されている。このようにして得られたセパレータ一体ガスケットにおいては、発電に伴い排水中に混入するフッ酸や硫酸等の酸の影響によって、接着剤が劣化し、経時的にガスケット本体が剥がれてしまい、密封性が低下してしまうことが知られている。その対策として、接着剤の表面に耐食性材料を被覆する技術が知られている(特許文献1参照)。しかしながら、この技術においては、耐食性材料が必要となり、かつ、製造工程において、耐食性材料を被覆する工程を追加しなければならないためコストが増加してしまう。また、セパレータとガスケット本体との接触部分の全体に接着剤を塗布するのではなく、一部に接着剤を塗布しないようにすることで、接着剤の劣化が拡散しないようにする技術も知られている(特許文献2参照)。この技術によれば、寿命が延びるものの、接着剤を塗布していない部分に、徐々にフッ酸等が侵入し、接着剤全体が劣化するため、未だ改善の余地がある。なお、セパレータ一体ガスケットに限らず、金属ガスケットなどにおいても同様の問題がある。 In the gasket integrated with a separator provided in a fuel cell, a gasket body made of an elastic body such as rubber is integrally molded with an adhesive applied to a separator made of a metal or carbon material. In the separator-integrated gasket thus obtained, the adhesive deteriorates due to the influence of acids such as hydrofluoric acid and sulfuric acid mixed in the wastewater due to power generation, and the gasket body is peeled off over time, resulting in sealing performance. Is known to decrease. As a countermeasure, a technique of coating the surface of an adhesive with a corrosion-resistant material is known (see Patent Document 1). However, in this technique, a corrosion-resistant material is required, and a step of coating the corrosion-resistant material must be added in the manufacturing process, which increases the cost. In addition, a technique is also known in which the deterioration of the adhesive is prevented from spreading by not applying the adhesive to a part of the contact portion between the separator and the gasket body instead of applying the adhesive to the entire contact portion. (See Patent Document 2). According to this technique, although the life is extended, there is still room for improvement because hydrofluoric acid and the like gradually invade into the portion to which the adhesive is not applied and the entire adhesive is deteriorated. It should be noted that not only the gasket integrated with the separator but also the metal gasket and the like have the same problem.
本発明の目的は、耐久性を高めることのできるガスケットを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a gasket capable of increasing durability.
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。 The present invention employs the following means to solve the above problems.
本発明のガスケットは、
基体と、密封対象領域を取り囲むように、前記基体に対して、接着剤により接着され、かつ一体成形により一体的に設けられる弾性体製のガスケット本体と、を備えるガスケットであって、
前記基体には、前記密封対象領域を取り囲む溝が形成されており、
前記ガスケット本体は、前記溝に沿い、かつ前記基体側の一部が前記溝内に埋設された状態で、前記基体に設けられることを特徴とする。
The gasket of the present invention is
A gasket comprising a substrate and a gasket body made of an elastic body that is adhered to the substrate with an adhesive and integrally provided by integral molding so as to surround the area to be sealed.
The substrate is formed with a groove surrounding the area to be sealed.
The gasket main body is characterized in that it is provided on the substrate along the groove and in a state where a part of the substrate side is embedded in the groove.
本発明によれば、ガスケット本体は、基体側の一部が基体に形成された溝に埋設されているので、ガスケット本体と基体との間に設けられる接着剤の位置まで、フッ酸等が侵入することを抑制することができる。これにより、接着剤が経時的に劣化することを抑制することができる。 According to the present invention, since the gasket body is partially embedded in the groove formed in the substrate, hydrofluoric acid or the like penetrates to the position of the adhesive provided between the gasket body and the substrate. Can be suppressed. This makes it possible to prevent the adhesive from deteriorating over time.
前記溝は、前記溝が伸びる方向に垂直な断面の形状が略矩形であるとよい。 The groove may have a substantially rectangular cross-sectional shape perpendicular to the direction in which the groove extends.
これにより、ガスケット本体が圧縮された場合には、ガスケット本体と基体との接触部
分のうち、溝の溝上端部と溝側面との境界部分の付近で、ガスケット本体に作用する応力が集中する。これにより、ガスケット本体の基体に対する面圧は、ガスケット本体の幅方向の両側付近で高くなるため、フッ酸等が、接着剤の位置まで侵入することを効果的に抑制することができる。
As a result, when the gasket body is compressed, the stress acting on the gasket body is concentrated near the boundary portion between the groove upper end portion and the groove side surface of the contact portion between the gasket body and the substrate. As a result, the surface pressure of the gasket body with respect to the substrate increases near both sides in the width direction of the gasket body, so that it is possible to effectively suppress the invasion of hydrofluoric acid and the like to the position of the adhesive.
前記ガスケット本体には、前記基体から遠ざかるにつれて先細りする少なくとも一つの突起部が、前記溝に沿うように設けられているとよい。 It is preferable that the gasket body is provided with at least one protrusion that tapers as the distance from the substrate increases along the groove.
前記突起部は、並行に伸びる一対の突起部により構成されていると好適である。 It is preferable that the protrusions are composed of a pair of protrusions extending in parallel.
前記基体は、燃料電池を構成するセパレータであるとよい。 The substrate may be a separator constituting the fuel cell.
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。 In addition, each of the above configurations can be adopted in combination as much as possible.
以上説明したように、本発明によれば、耐久性を高めることができる。 As described above, according to the present invention, durability can be improved.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。以下の実施例においては、ガスケットがセパレータ一体ガスケットの場合を例にして説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail exemplary with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention to those alone unless otherwise specified. .. In the following examples, the case where the gasket is a gasket with an integrated separator will be described as an example.
(実施例1)
図1~図4を参照して、本発明の実施例1に係るガスケットについて説明する。図1は本発明の実施例1に係る燃料電池の一部を示す断面図であり、燃料電池の一部を概略的に示す断面図である。図2は本発明の実施例1に係るガスケットの平面図である。なお、図1中の断面図のうち、セパレータ一体ガスケットの断面図は、図2中のAA断面図に相当する。図3は本発明の実施例1に係るガスケットの性能を説明する図であり、図4は比較例1に係るガスケットの性能を説明する図である。
(Example 1)
The gasket according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a part of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view schematically showing a part of the fuel cell. FIG. 2 is a plan view of the gasket according to the first embodiment of the present invention. Of the cross-sectional views in FIG. 1, the cross-sectional view of the separator integrated gasket corresponds to the AA cross-sectional view in FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the performance of the gasket according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram for explaining the performance of the gasket according to the comparative example 1.
<燃料電池>
図1及び図2を参照して、本実施例に係るセパレータ一体ガスケットを備える燃料電池について説明する。一般的に、燃料電池は、複数の単セルからなるセルスタックとして構成される。図1においては、複数の単セルからなるセルスタックのうちの一部の断面図を示している。図1に示すように、セルスタックは、MEA(Membrane Electrode Assembly)100と、基体としてのセパレータ200が交互に積層されるように構成される。そして、MEA100と、その両面に設けられる一対のセパレータ200によって、単セル10が構成される。
<Fuel cell>
A fuel cell provided with a separator integrated gasket according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Generally, a fuel cell is configured as a cell stack consisting of a plurality of single cells. FIG. 1 shows a cross-sectional view of a part of a cell stack composed of a plurality of single cells. As shown in FIG. 1, the cell stack is configured such that a MEA (Membrane Electrode Assembly) 100 and a
MEA100は、電解質膜と、電解質膜の両面に備えられる一対のガス拡散層とを備え
ている。また、セパレータ200には、燃料ガスや酸化剤ガスや冷却液などが流れる流路201が形成されている。
The
そして、MEA100とセパレータ200との間には、燃料ガスや酸化剤ガスや冷却液などが漏れるのを防ぐために、ゴムなどの弾性体製のガスケット本体210,220が設けられている。本実施例においては、セパレータ200にガスケット本体210,220が一体的に設けられている。このように、セパレータ200にガスケット本体210,220が一体的に設けられた部材は、「セパレータ一体ガスケット」と呼ばれる。セパレータ200におけるガスケット本体210,220が設けられる領域に接着剤を塗布した状態で、セパレータ200をインサート部品として、インサート成形によってガスケット本体210,220を成形することにより、セパレータ一体ガスケットが得られる。
And, in order to prevent fuel gas, oxidant gas, coolant and the like from leaking between the MEA 100 and the
<セパレータ一体ガスケット>
燃料電池に備えられるセパレータ一体ガスケットについて、より詳細に説明する。セパレータ200は、金属やカーボン材料により構成される。そして、セパレータ200には、セパレータ200の表面に形成される流路201と、複数のマニホルド202とが設けられている。マニホルド202は、燃料ガス,酸化剤ガス、及び冷却液などを各セルに分配するために設けられている。
<Separator integrated gasket>
The separator integrated gasket provided in the fuel cell will be described in more detail. The
そして、上記の燃料ガスなどが外部などに漏れてしまうことを防止するために、流路201が形成されている領域の周囲、及びマニホルド202の周囲に、それぞれガスケット本体210,220がセパレータ200に一体的に設けられている。すなわち、ガスケット本体210,220は、密封対象領域(流路201が形成された領域、及びマニホルド202が設けられた領域)を取り囲むように、セパレータ200に対して、接着剤により接着され、かつ一体成形により一体的に設けられている。なお、図2においては、ガスケット本体210が設けられている部位を太線にて示している。ガスケット本体210,220の材料としては、VMQ,EPDM,FKMなどのゴム材料を好適に用いることができる。
Then, in order to prevent the above fuel gas and the like from leaking to the outside, the
セパレータ200には、上記の密封対象領域を取り囲む溝203が形成されており、ガスケット本体210,220は、溝203に沿い、かつセパレータ200側の一部が溝203内に埋設された状態で、セパレータ200に設けられている。溝203の内部全体に、ガスケット本体210,220の一部が埋め込まれるように、ガスケット本体210,220の幅は、溝203の幅以上となるように設定される必要がある。ここで、溝203は、溝203が伸びる方向に垂直な断面の形状が略矩形となるように構成されている。すなわち、溝203は、平面状の溝底面と、溝底面に垂直な溝側面を一対備える構成である。なお、溝底面と溝側面とは、いわゆるC面やR面などにより繋げることができる。また、本実施例に係るガスケット本体210には、セパレータ200から遠ざかるにつれて先細りする突起部211が、溝203に沿うように設けられている。
The
<本実施例に係るガスケットの優れた点>
本実施例に係るガスケット(セパレータ一体ガスケット)によれば、ガスケット本体210,220は、セパレータ200側の一部がセパレータ200に形成された溝203に埋設されている。そのため、燃料電池の発電に伴い排水中に混入するフッ酸や硫酸等が、ガスケット本体210,220とセパレータ200との間に設けられる接着剤の位置まで、侵入することを抑制することができる。これにより、接着剤が経時的に劣化することを抑制することができる。従って、セパレータ200からガスケット本体210,220が剥がれてしまうことを、長期に亘って抑制することができる。
<Excellent points of the gasket according to this embodiment>
According to the gasket (separator integrated gasket) according to the present embodiment, the
そして、本実施例においては、溝203は、溝203が伸びる方向に垂直な断面の形状
が略矩形であることによって、フッ酸等が接着剤の位置まで侵入することを効果的に抑制することができる。この点について、図3及び図4を参照して、詳細に説明する。
Further, in the present embodiment, the
図3(a)は、本実施例に係るセパレータ一体ガスケットについて、外力が作用していない状態におけるガスケット本体210付近の断面図を示している。同図(b)は、本実施例に係るセパレータ一体ガスケットについて、燃料電池に組み込まれた状態におけるガスケット本体210付近の断面図を示している。同図(c)は、ガスケット本体210のセパレータ200に対する面圧分布を示している。
FIG. 3A shows a cross-sectional view of the gasket integrated gasket according to the present embodiment in the vicinity of the gasket
図4(a)は、比較例1に係るセパレータ一体ガスケットについて、外力が作用していない状態におけるガスケット本体210X付近の断面図を示している。同図(b)は、比較例1に係るセパレータ一体ガスケットについて、燃料電池に組み込まれた状態におけるガスケット本体210X付近の断面図を示している。同図(c)は、ガスケット本体210Xのセパレータ200Xに対する面圧分布を示している。
FIG. 4A shows a cross-sectional view of the separator integrated gasket according to Comparative Example 1 in the vicinity of the gasket
比較例1においては、セパレータ200Xに溝が設けられておらず、ガスケット本体210Xはセパレータ200Xの平面上に設けられている。本実施例に係るガスケット本体210と比較例1に係るガスケット本体210Xとは、幅Wは等しく、かつ外力が作用していない状態におけるセパレータ200,200Xの表面からの高さH0も等しい。また、セパレータ200,200Xの表面から露出した部分の形状も同一であり、材料及びセパレータ一体ガスケットの製法も同一である。更に、セパレータ一体ガスケットが燃料電池に組み込まれた際のガスケット本体210,210Xのセパレータ200,200Xの表面からの高さH1も等しい。
In Comparative Example 1, the
本実施例に係るセパレータ一体ガスケットの場合、ガスケット本体210のセパレータ200に対する面圧は、突起部211の真裏側のピーク面圧よりも、ガスケット本体210の幅方向の両側のピーク面圧の方が2倍程度大きくなることが分かる(図3(c)参照)。これは、ガスケット本体210が圧縮された場合には、ガスケット本体210とセパレータ200との接触部分のうち、溝203の溝上端部と溝側面との境界部分の付近で、ガスケット本体210に作用する応力が集中するためである。このように、ガスケット本体210のセパレータ200に対する面圧は、ガスケット本体210の幅方向の両側付近で高くなるため、フッ酸等が、接着剤の位置まで侵入することを効果的に抑制することができる。なお、図3においては、ガスケット本体210について説明したが、ガスケット本体220についても同様であることは言うまでもない。
In the case of the separator integrated gasket according to the present embodiment, the surface pressure of the
これに対し、比較例1に係るセパレータ一体ガスケットの場合、ガスケット本体210Xのセパレータ200Xに対する面圧は、突起部の真裏側で最も高くなり、幅方向の両側に向かうにつれて、徐々に低下する。従って、フッ酸等が、接着剤の位置に侵入し易くなってしまうことが分かる。
On the other hand, in the case of the gasket with a separator integrated according to Comparative Example 1, the surface pressure of the gasket
(実施例2)
図5には、本発明の実施例2が示されている。本実施例においては、ガスケット本体の構成が、上記実施例1とは異なる場合の構成について示す。その他の構成および作用については実施例1と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
(Example 2)
FIG. 5 shows Example 2 of the present invention. In this embodiment, the configuration when the configuration of the gasket main body is different from that of the first embodiment will be shown. Since other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, the same components are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
図5は本発明の実施例2に係るガスケットの性能を説明する図であり、図6は比較例2に係るガスケットの性能を説明する図である。 FIG. 5 is a diagram for explaining the performance of the gasket according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram for explaining the performance of the gasket according to the comparative example 2.
燃料電池の構成、及び、セパレータ一体ガスケットにおけるガスケット本体の形状に関
する構成以外の構成は、上記実施例1と同一であるので、その説明は省略する。
Since the configuration other than the configuration of the fuel cell and the configuration relating to the shape of the gasket body in the gasket integrated with the separator is the same as that of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
本実施例に係るセパレータ一体ガスケットにおいては、ガスケット本体210Aの突起部が、並行に伸びる一対の突起部211Aにより構成されている点で、上記実施例1と異なっている。すなわち、本実施例に係るガスケット本体210Aには、セパレータ200から遠ざかるにつれて先細りする突起部211Aが、溝203に沿うように、一対設けられている。なお、これら一対の突起部211の間には、溝203に沿うように溝部212Aが設けられている。
The separator-integrated gasket according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the protrusions of the gasket
以上のように構成される本実施例に係るガスケット(セパレータ一体ガスケット)においても、ガスケット本体210Aは、セパレータ200側の一部がセパレータ200に形成された溝203に埋設されている。そのため、燃料電池の発電に伴い排水中に混入するフッ酸や硫酸等の酸が、ガスケット本体210Aとセパレータ200との間に設けられる接着剤の位置まで、侵入することを抑制することができる。従って、上記実施例1と同様の効果を得ることができる。
Also in the gasket (separator integrated gasket) according to the present embodiment configured as described above, the gasket
また、本実施例においても、溝203は、溝203が伸びる方向に垂直な断面の形状が略矩形であることによって、フッ酸等が接着剤の位置まで侵入することを効果的に抑制することができる。この点について、図5及び図6を参照して、詳細に説明する。
Further, also in this embodiment, the
図5(a)は、本実施例に係るセパレータ一体ガスケットについて、外力が作用していない状態におけるガスケット本体210A付近の断面図を示している。同図(b)は、本実施例に係るセパレータ一体ガスケットについて、燃料電池に組み込まれた状態におけるガスケット本体210A付近の断面図を示している。同図(c)は、ガスケット本体210Aのセパレータ200に対する面圧分布を示している。
FIG. 5A shows a cross-sectional view of the separator integrated gasket according to the present embodiment in the vicinity of the gasket
図6(a)は、比較例2に係るセパレータ一体ガスケットについて、外力が作用していない状態におけるガスケット本体210Y付近の断面図を示している。同図(b)は、比較例2に係るセパレータ一体ガスケットについて、燃料電池に組み込まれた状態におけるガスケット本体210Y付近の断面図を示している。同図(c)は、ガスケット本体210Yのセパレータ200Yに対する面圧分布を示している。
FIG. 6A shows a cross-sectional view of the separator integrated gasket according to Comparative Example 2 in the vicinity of the gasket
比較例2においては、セパレータ200Yに溝が設けられておらず、ガスケット本体210Yはセパレータ200Yの平面上に設けられている。本実施例に係るガスケット本体210Aと比較例2に係るガスケット本体210Yとは、幅Wは等しく、かつ外力が作用していない状態におけるセパレータ200,200Yの表面からの高さH0も等しい。また、セパレータ200,200Yの表面から露出した部分の形状も同一であり、材料及びセパレータ一体ガスケットの製法も同一である。更に、セパレータ一体ガスケットが燃料電池に組み込まれた際のガスケット本体210A,210Yのセパレータ200,200Yの表面からの高さH1も等しい。
In Comparative Example 2, the
本実施例に係るセパレータ一体ガスケットの場合、ガスケット本体210Aのセパレータ200に対する面圧は、一対の突起部211A付近の真裏側のピーク面圧よりも、ガスケット本体210Aの幅方向の両側のピーク面圧の方が2倍程度大きくなることが分かる(図5(c)参照)。その理由は、実施例1で説明した通りである。従って、上記実施例1と同様の効果を得ることができる。なお、本実施例の場合には、一対の突起部211Aを有する構成を採用したことで、一対の突起部211A付近の真裏側のピーク面圧を、実施例1の場合に比べて1.5倍程度大きくすることができ、かつ、ガスケット本体210Aの幅方向の両側のピーク面圧についても、実施例1の場合に比べて1.5倍程度大きくすることができることが分かった。
In the case of the separator integrated gasket according to this embodiment, the surface pressure of the
これに対し、比較例2に係るセパレータ一体ガスケットの場合、比較例1の場合と同様に、ガスケット本体210Yのセパレータ200Yに対する面圧は、一対の突起部の真裏側で最も高くなり、幅方向の両側に向かうにつれて、徐々に低下する。従って、フッ酸等が、接着剤の位置に侵入し易くなってしまうことが分かる。
On the other hand, in the case of the separator integrated gasket according to Comparative Example 2, the surface pressure of the gasket
(その他)
上記実施例においては、ガスケット本体に設けられる突起部が、一つの場合と二つの場合について示したが、本発明においては、突起部の個数は限定されず、三つ以上設けることもできる。また、上記実施例においては、ガスケットが、燃料電池に備えられるセパレータ一体ガスケットの場合を示した。しかしながら、本発明においては、その他の用途に用いられるガスケットにも適用可能である。例えば、一般的な金属ガスケットにも適用可能である。この場合、基体は金属板であり、ガスケット本体は、基板上に一体成形によって一体的に設けられる弾性体製のガスケット本体である。
(others)
In the above embodiment, the case where the gasket body is provided with one protrusion and the case where the protrusion is two are shown, but in the present invention, the number of protrusions is not limited, and three or more protrusions can be provided. Further, in the above embodiment, the case where the gasket is a separator integrated gasket provided in the fuel cell is shown. However, in the present invention, it can also be applied to gaskets used for other uses. For example, it can be applied to a general metal gasket. In this case, the substrate is a metal plate, and the gasket body is an elastic gasket body integrally provided on the substrate by integral molding.
10 単セル
100 MEA
200 セパレータ
201 流路
202 マニホルド
203 溝
210,210A,220 ガスケット本体
211,211A 突起部
212A 溝部
10
200
Claims (5)
前記基体には、前記密封対象領域を取り囲む溝が形成されており、
前記ガスケット本体は、前記溝に沿い、かつ前記基体側の一部が前記溝内に埋設された状態で、前記基体に設けられることを特徴とするガスケット。 A gasket comprising a substrate and a gasket body made of an elastic body that is adhered to the substrate with an adhesive and integrally provided by integral molding so as to surround the area to be sealed.
The substrate is formed with a groove surrounding the area to be sealed.
The gasket body is provided on the substrate along the groove and with a part of the substrate side embedded in the groove.
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