JP3646770B2

JP3646770B2 - 燃料電池用ガスケット

Info

Publication number: JP3646770B2
Application number: JP21047698A
Authority: JP
Inventors: 淳小林
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 1998-07-27
Filing date: 1998-07-27
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2018-07-27
Also published as: JP2000048835A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用のガスケットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型または高分子固体電解質型等の燃料電池に用いられる密封装置として、Ｏリングタイプの密封装置および基材の両面に発泡ゴムをコーティングしたガスケットタイプの密封装置が知られている。
【０００３】
しかしながら、前者のＯリングタイプの密封装置には、その材質が柔らかいために装着性が良くない不都合があり、また製品厚みが厚いために、セルの積層数が増加すると、燃料電池がかなり大きなものになってしまう不都合がある。
【０００４】
また、後者のガスケットタイプの密封装置には、もともと発泡ゴムの応力緩和性があまり良くないために、セルの積層数が増加すると、締結ボルトの緩みが大きくなってシール性が早期に損なわれてしまう不都合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の点に鑑み、装着性に優れ、燃料電池を大型化することがなく、しかもシール性に優れた燃料電池用ガスケットを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１による燃料電池用ガスケットは、正極、電解質板および負極を備えた単位セルを挟み込む一対のハウジング間に装着される燃料電池用ガスケットであって、金属基板の両面または片面に発泡ゴム層または低硬度ゴム層を被着した構造であるとともに、前記金属基板にビード状のシール部を設けた構造であり、前記ビード状のシール部は、基準面部に連なる斜面部とこの斜面部に連なる平面部とよりなるハーフビードをなし、前記一対のハウジングが締結手段によって互いに接触するように締結固定されたときに、前記基準面部は前記ハウジングに設けた収容凹部に収容されて前記ハウジング間に挟み込まれ、前記ビード状のシール部は前記ハウジングに設けた圧縮用凹部に収容され、前記圧縮用凹部の深さは零よりも大きく自由状態における前記ビード状のシール部の高さよりも小さく設定されており、前記圧縮用凹部に収容された前記ビード状のシール部は定寸止めで使用されることを特徴とするものである。
【０００７】
【０００８】
上記構成を備えた本発明の請求項１による燃料電池用ガスケットのように、金属基板の両面または片面に発泡ゴム層または低硬度ゴム層を被着した構造が備えられていると、先ず金属基板が剛性を備えているために、当該ガスケットの装着性を向上させることが可能となり、また金属基板に薄肉のものを使用することができるために、当該ガスケットの製品厚みを薄く成形することが可能となる。また金属基板に発泡ゴム層または低硬度ゴム層が被着されているために、その弾性により、小さな締付け荷重で大きな密接圧力を確保することが可能となる。
【０００９】
また、金属基板にビード状のシール部が設けられているために、その金属バネ作用により、上記密接圧力を一層大きくすることが可能となる。
【００１０】
またこれに加えて、上記構成を備えた本発明の請求項１による燃料電池用ガスケットにおいては、ビード状のシール部が圧縮はされるが全圧縮はされない定寸止めで使用されることから、このビード状のシール部の圧縮量が制限されてこのビード状のシール部が適切な弾性領域で使用される。したがって、やはり小さな締付け荷重で大きな密接圧力を確保することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
【００１２】
図１に示すように、当該実施形態に係るガスケット１は、全体を符号１１で示す燃料電池に装着されてこの電池１１内部の気密を保ち、また電池１１内部の密封流体をシールするものである。燃料電池１１は、正極（水素極とも称する）１３、電解質板１４および負極（酸素極とも称する）１５からなる単位セル１２を当該ガスケット１のハウジング１６となる板状のセパレータを介して多数積層したものであって、一組の単位セル１２を上下から挟み込む上下一対のハウジング１６間に当該ガスケット１が単位セル１２の回りを取り囲むようにして挟着される。
【００１３】
当該ガスケット１は、図２に示すように、ＳＵＳまたはＳＰＣＣ等の鋼板ないしソフトメタル等よりなる金属基板２の両面にそれぞれ発泡ゴム層３を塗布またはコーティング等の手段により被着したものであって、図３に示すように、所定の平面レイアウトを備えた基準面部４を備えており、この基準面部４に同じく所定の平面レイアウトを備えた皿バネ状のハーフビードを成すシール部５が一体成形されている。このハーフビード状のシール部５は、基準面部４に連なる斜面部６と、この斜面部６に連なる平面部７とを一体に備えたものである。
【００１４】
図３に示したように、上側ハウジング１６の下面に、上下一対のハウジング１６が締結ボルト等の締結手段（図示せず）によって互いに接触するように締結固定されたときに当該ガスケット１の基準面部４を上下のハウジング１６で挟み込んで収容するための収容凹部１７が形成されており、この収容凹部１７に連続して同じく上側ハウジング１６の下面に、ハーフビード状のシール部５を定寸止めで使用するための圧縮用凹部１８が形成されている。この後者の圧縮用凹部１８の深さｄ_１は零より大きく、かつ自由状態におけるハーフビード状のシール部５の高さｈ_１より小さく設定されており、これによりこの圧縮用凹部１８によってシール部５が圧縮されると、シール部５が圧縮はされるが全圧縮はされない適度の圧縮状態である定寸止めが実現される。この定寸止めは、例えば金属基板２がステンレス鋼板である場合、自由状態におけるシール部５の高さ１．５ｍｍをハウジング１６の締結時に０．８ｍｍ程度に圧縮するのが好適である。
【００１５】
収容凹部１７は、図４に示すように、下側ハウジング１６の上面に形成しても良く、この場合には、圧縮用凹部１８のみが上側ハウジング１６の下面に形成されることになる。
【００１６】
図５は、当該ガスケット１の平面レイアウトの一例を示しており、矩形平面の四隅にそれぞれ、気体を上下に通すための孔状のボア部８が設けられている。ハーフビード状のシール部５は、このボア部８を通過する気体をシールすることができるように内外の二重構造とされており、図６に示すように、内側のシール部５が外高形状とされるとともに外側のシール部５が内高形状とされている。
【００１７】
上記構成を備えたガスケット１は、以下の作用効果を奏する点に特徴を有している。
【００１８】
すなわち先ず第一に、当該ガスケット１の構成要素に、剛性を備えた金属基板２が含まれているために、当該ガスケット１は自らが保形性を備えている。したがって当該ガスケット１はその取扱いが容易であり、よってその装着性（装着作業性）ないし組付け性（組付け作業性）を向上させることができる。また金属基板２に厚さ０．１ｍｍ程度の薄肉のものを使用することができるために、当該ガスケット１の製品厚みを薄く成形することが可能である。したがって単位セル１２の積層数が多い場合でも、燃料電池１１がそれほど大型化することがない。
【００１９】
また、金属基板２の両面に発泡ゴム層３が被着されているために、その弾性により、小さな締付け荷重で大きな密接圧力を確保することが可能となり、金属基板２にハーフビード状のシール部５が設けられているために、その金属バネ作用により、上記密接圧力を一層大きくすることが可能となる。したがってシール性能を向上させることができる。
【００２０】
また、従来のＯリングタイプ等のゴムシールでは、高温領域でゴムにへたりが発生し、これにより締結ボルトに緩みが発生してシール性能が低下してしまうことがあるが、当該ガスケット１では、金属基板２が設けられているために、使用温度の影響を受けにくい。したがって広い範囲の温度領域で使用することが可能なガスケット１を提供することができる。
【００２１】
また、ハーフビード状のシール部５が圧縮用凹部１８に収容されて圧縮はされるが全圧縮はされない定寸止めの状態で使用されるために、このシール部５の圧縮量が制限されてシール部５がビードの追従性の高い適切な弾性領域で使用される。したがって、この点からも小さな締付け荷重で大きな密接圧力を確保することができ、シール性能を向上させることができる。また締結ボルトに緩みが発生するのを防止することができるとともに、ハウジング１６の歪みに対する追従性を向上させることができ、これらの点からもシール性能を向上させることができる。
【００２２】
更にまた、低荷重でシール性が成立するハーフビード状のシール部５の弾性領域が拡大するために、圧縮用凹部１８の深さについての寸法交差を±０．０５ｍｍ（レンジ０．１ｍｍ）程度まで拡大することが可能である。したがって凹部１８を容易に形成することができる。
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００２６】
すなわち先ず、上記構成を備えた本発明の請求項１による燃料電池用ガスケットにおいては、当該ガスケットの構成要素に、剛性を備えた金属基板が含まれているために、当該ガスケットが自ら保形性を備えている。したがって当該ガスケットはその取扱いが容易であって、その装着性ないし組付け性を向上させることができる。また金属基板に薄肉のものを使用することができるために、当該ガスケットの製品厚みを薄く成形することが可能である。したがって単位セルの積層数が多い場合でも、燃料電池が極端に大型化するのを防止することができる。
【００２７】
また、金属基板の両面または片面に発泡ゴム層または低硬度ゴム層が被着されているために、その弾性により、小さな締付け荷重で大きな密接圧力を確保することが可能となり、金属基板にビード状のシール部が設けられているために、その金属バネ作用により、上記密接圧力を一層大きくすることが可能となる。したがって当該ガスケットがハウジングに強く密接し、シール性能を向上させることができる。
【００２８】
また、従来のＯリングタイプ等のゴムシールでは、高温領域でゴムにへたりが発生し、これにより締結ボルトに緩みが発生してシール性能が低下してしまうことがあるが、当該ガスケットでは、金属基板が設けられているために、使用温度の影響を受けにくい。したがって広い範囲の温度領域で使用することが可能なガスケットを提供することができる。
【００２９】
またこれに加えて、上記構成を備えた本発明の請求項１による燃料電池用ガスケットにおいては、ビード状のシール部が定寸止めで使用される構造であるために、このシール部の圧縮量が制限されてシール部がビードの追従性の高い適切な弾性領域で使用される。したがって、この点からも小さな締付け荷重で大きな密接圧力を確保することができ、シール性能を向上させることができる。また締結ボルトに緩みが発生するのを防止することができるとともに、ハウジングの歪みに対する追従性を向上させることができ、これらの点からもシール性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るガスケットの装着構造を示す要部断面図
【図２】同ガスケットの積層構造を示す要部断面図
【図３】図３の一部拡大図
【図４】他の装着構造を示す要部断面図
【図５】ガスケットの平面レイアウトの一例を示す平面図
【図６】図５におけるＡ−Ａ線拡大断面図
【符号の説明】
１ガスケット
２金属基板
３発泡ゴム層
４基準面部
５シール部
６斜面部
７平面部
８ボア部
１１燃料電池
１２単位セル
１３正極
１４電解質板
１５負極
１６ハウジング
１７収容凹部
１８圧縮用凹部

Claims

正極（１３）、電解質板（１４）および負極（１５）を備えた単位セル（１２）を挟み込む一対のハウジング（１６）間に装着される燃料電池用ガスケット（１）であって、
金属基板（２）の両面または片面に発泡ゴム層（３）または低硬度ゴム層を被着した構造であるとともに、前記金属基板（２）にビード状のシール部（５）を設けた構造であり、前記ビード状のシール部（５）は、基準面部（４）に連なる斜面部（６）とこの斜面部（６）に連なる平面部（７）とよりなるハーフビードをなし、
前記一対のハウジング（１６）が締結手段によって互いに接触するように締結固定されたときに、前記基準面部（４）は前記ハウジング（１６）に設けた収容凹部（１７）に収容されて前記ハウジング（１６）間に挟み込まれ、前記ビード状のシール部（５）は前記ハウジング（１６）に設けた圧縮用凹部（１８）に収容され、前記圧縮用凹部（１８）の深さは零よりも大きく自由状態における前記ビード状のシール部（５）の高さよりも小さく設定されており、前記圧縮用凹部（１８）に収容された前記ビード状のシール部（５）は定寸止めで使用されることを特徴とする燃料電池用ガスケット。