JP3952139B2

JP3952139B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP3952139B2
Application number: JP2001357110A
Authority: JP
Inventors: 隆横山
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2001-11-22
Filing date: 2001-11-22
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2021-11-22
Also published as: JP2003157867A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に係り、更に詳しくは、電解質膜の両側に配置されてシール作用をなす燃料電池用ガスケットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池の単セルは、電解質膜を有し、この電解質膜の両側に触媒層を担持させて膜電極複合体となし、この膜電極複合体の両側にガス拡散層を有し、更にその両側をセパレータにより挟み込む構成となっている。膜電極複合体の両側には一対のガスケットが配置され、このガスケットによりセパレータとの間を各反応ガスが漏れないようにシールされている。
【０００３】
燃料電池のスタックは、複数の単セルを積層することにより構成されるが、スタック両端のプレートの締付け力を低減するために、ガスケットとしては低反力で必要な面圧が得られるような特性を持つものが望ましい。
【０００４】
一般的に、低反力で高い面圧を得るためには、相手部材に対する接触面積を小さくした断面三角形状のリップ形状にすることが有効であるが、膜電極複合体の両側に配置されるガスケットにおいては、リップの先端角度が小さいほど、一対のガスケットのリップ位置のずれによる面圧の低下が極端に大きくなる。
【０００５】
そして、一対のガスケットを配置する際に双方のリップ位置にずれが生じるとその部分の面圧や反力が低下してこれらにばらつきが発生するため、均一なシール性能を得ることができない。このため、ガスケットの配置については、リップ位置の管理を厳しくするとともに、低反力性を犠牲にしてリップの先端角度を大きくとる必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の点に鑑みて、ガスケットに発生する面圧や反力を均一化させることができ、もってシール性能を向上させることが可能であるとともに、セルないしスタックの組立作業性を向上させることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
【０００７】
【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による燃料電池は、
膜電極複合体（１）の両側にガス拡散層（２）（３）が配置され、更にその両側にセパレータ（４）（５）が配置されて前記膜電極複合体（１）およびガス拡散層（２）（３）を挟み込み、前記膜電極複合体（１）の周縁部（１ａ）は前記ガス拡散層（２）（３）の周縁部（２ａ）（３ａ）よりも外側に突出し、前記セパレータ（４）（５）の周縁部（４ａ）（５ａ）は前記膜電極複合体（１）の周縁部（１ａ）よりも更に外側に突出し、前記膜電極複合体（１）の周縁部（１ａ）の両側であって前記セパレータ（４）（５）の内面側にそれぞれガスケット（６）（７）が配置され、前記ガスケット（６）（７）はそれぞれ粘着剤（１１）（１２）または熱圧着よりなる接合手段により前記膜電極複合体（１）の周縁部（１ａ）の一面または他面に貼着され、
一方の前記ガスケット（６）は、一面に前記接合手段を設定する基部（６ａ）の他面にシールリップ部（６ｂ）を一体に設けたものであって、前記シールリップ部（６ｂ）の頂部において一方の前記セパレータ（４）に密接し、前記基部（６ａ）の外側に延長部（６ｄ）が一体に設けられ、前記延長部（６ｄ）の一面に位置決め部（１０）の一方の構成要素をなす凹部（６ｃ）が設けられ、
他方の前記ガスケット（７）は、一面に前記接合手段を設定する基部（７ａ）の他面にシールリップ部（７ｂ）を一体に設けたものであって、前記シールリップ部（７ｂ）の頂部において他方の前記セパレータ（５）に密接し、前記基部（７ａ）の外側に延長部（７ｄ）が一体に設けられ、前記延長部（７ｄ）の一面に位置決め部（１０）の他方の構成要素をなす凸部（７ｃ）が設けられ、
前記一対のガスケット（６）（７）は、その平面形状を互いに同一とされるとともに、一方のガスケット（６）におけるシールリップ部（６ｂ）の頂部と凹部（６ｃ）間の間隔（ｄ _１）と他方のガスケット（７）におけるシールリップ部（７ｂ）の頂部と凸部（７ｃ）間の間隔（ｄ _２）とを互いに同一とされ、
前記凹部（６ｃ）および凸部（７ｃ）は、前記膜電極複合体（１）の外側において互いに対向しかつ係合し、これにより前記凹部（６ｃ）および凸部（７ｃ）の組み合わせよりなる位置決め部（１０）は前記ガスケット（６）（７）同士を平面上位置決めすることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項２による燃料電池は、膜電極複合体（１）の両側にガス拡散層（２）（３）が配置され、更にその両側にセパレータ（４）（５）が配置されて前記膜電極複合体（１）およびガス拡散層（２）（３）を挟み込み、前記セパレータ（４）（５）の周縁部（４ａ）（５ａ）は前記膜電極複合体（１）の周縁部（１ａ）および前記ガス拡散層（２）（３）の周縁部（２ａ）（３ａ）よりも外側に突出し、前記ガス拡散層（２）（３）の周縁部（２ａ）（３ａ）であって前記セパレータ（４）（５）の内面側にそれぞれガスケット（６）（７）が配置され、前記ガスケット（６）（７）はそれぞれ含浸による接合手段により前記ガス拡散層（２）（３）の周縁部（２ａ）（３ａ）に一体化され、
一方の前記ガスケット（６）は、一方の前記ガス拡散層（２）の周縁部（２ａ）に含浸された含浸部（６ｅ）の一面にシールリップ部（６ｂ）を前記ガス拡散層（２）から突出するように一体に設けたものであって、前記シールリップ部（６ｂ）の頂部において一方の前記セパレータ（４）に密接し、前記含浸部（６ｅ）の外側に延長部（６ｄ）が前記ガス拡散層（２）から突出するように一体に設けられ、前記延長部（６ｄ）の一面に位置決め部（１０）の一方の構成要素をなす凹部（６ｃ）が設けられ、
他方の前記ガスケット（７）は、他方の前記ガス拡散層（３）の周縁部（３ａ）に含浸された含浸部（７ｅ）の一面にシールリップ部（７ｂ）を前記ガス拡散層（３）から突出するように一体に設けたものであって、前記シールリップ部（７ｂ）の頂部において他方の前記セパレータ（５）に密接し、前記含浸部（７ｅ）の外側に延長部（７ｄ）が前記ガス拡散層（３）から突出するように一体に設けられ、前記延長部（７ｄ）の一面に位置決め部（１０）の他方の構成要素をなす凸部（７ｃ）が設けられ、
前記一対のガスケット（６）（７）は、その平面形状を互いに同一とされるとともに、一方のガスケット（６）におけるシールリップ部（６ｂ）の頂部と凹部（６ｃ）間の間隔（ｄ _１）と他方のガスケット（７）におけるシールリップ部（７ｂ）の頂部と凸部（７ｃ）間の間隔（ｄ _２）とを互いに同一とされ、
前記凹部（６ｃ）および凸部（７ｃ）は、前記膜電極複合体（１）の外側において互いに対向しかつ係合し、これにより前記凹部（６ｃ）および凸部（７ｃ）の組み合わせよりなる位置決め部（１０）は前記ガスケット（６）（７）同士を平面上位置決めすることを特徴とするものである。
【０００９】
上記構成を備えた本発明の請求項１による燃料電池において、一対のガスケットに設けた凹部および凸部の組み合わせよりなる位置決め部を係合させると、これに伴って両ガスケットの頂部（シールライン）を平面上合致させることが可能となる。すなわち、本発明はガスケットの自己調芯機能を備えており、この自己調芯機能によってシールラインを合致可能とされている。
【００１０】
位置決め部としては、一方のガスケットに設けられる凹部と、他方のガスケットに設けられて前記凹部と係合する凸部との組み合わせとするのが好適であり、このような構造の位置決め部がガスケットのシールラインに沿って連続的に設けられ、または断続的に設けられる。
【００１１】
また、上記ガスケットはこれを、粘着剤または熱圧着よりなる接合手段によって膜電極複合体と一体化したり、含浸による接合手段によってガス拡散層と一体化したりするのが好適であり、これらの一体化構造によれば、燃料電池の組立時における部品点数を削減することが可能となる。
【００１２】
ガスケットの成形材料としては、燃料電池用途に使用されるものであれば特に制限はないが、圧縮永久歪に優れ、系を汚染しないものが望ましい。例えばエチレンプロピレンジエン（ＥＰＤＭ）、ブチル、シリコーンまたはフッ素等のゴム材質が好適に使用される。
【００１３】
尚、本件出願には、以下の技術的事項が含まれる。
【００１４】
すなわち、上記目的を達成するため、本件出願が提案する一のガスケットは以下の構成を備えている。
【００１５】
（１）燃料電池の電解質膜を介して組み合わせて使用されるガスケットにおいて、双方のシールラインが合致するような位置決め用の凹凸を連続的に有するガスケット。
（２）燃料電池の電解質膜を介して組み合わせて使用されるガスケットにおいて、双方のシールラインが合致するような位置決め用の凹凸を断続的に複数個設けたガスケット。
（３）上記（１）または（２）項のガスケットを接着剤、熱圧着等により電解質膜と一体化した電解質膜一体型ガスケット。
（４）上記（１）または（２）項のガスケットをプレス成形、射出成形等によってガス拡散層と一体化したガス拡散層一体型ガスケット。
（５）一対のガスケットに位置合わせ用の凹凸を配置し、これによりガスケットに自己調芯機能を持たせることによって、シールラインを互いに合致させるとともに組付時のガスケット位置の精度管理を軽減させる。
【００１６】
そして、上記構成のガスケットによれば、以下の作用効果を奏することが可能である。
【００１７】
（１）膜電極複合体を介して一対のガスケットを配置する際に、部材の組付位置精度を厳しく管理しなくても、ガスケットに設けられた自己調芯用の凹凸に沿って双方のガスケット位置が調芯され、リップ位置のずれを防止できることから、部材製作時の寸法精度、組付時の位置精度を軽減することができる。
（２）粘着剤等を使用して一対のガスケットを膜電極複合体に一体化させる際に、部材の組付位置精度を厳しく管理しなくても、ガスケットに設けられた自己調芯用の凹凸に沿って双方のガスケット位置が調芯され、リップ位置のずれを防止できることから、一体化する際の位置決め作業を簡略化することができる。
（３）リップ位置のずれが起因となるガスケットの面圧、反力の著しい低下を防止できるため、安定したシール性が得られる。
（４）リップ位置のずれを設計的に考慮する必要がなくなることから、リップ形状の鋭角化が可能となり、より低反力、高面圧化が図れる等、設計上の自由度が大きくなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
【００１９】
第一実施例・・・
図１は、本発明の第一実施例に係るガスケットを備えた燃料電池セルの要部断面を示しており、このセルは以下のように構成されている。
【００２０】
すなわち先ず、電解質膜（図示せず）の両側（両面側、図上上側および下側）に触媒層（図示せず）を担持した膜電極複合体１が設けられており、その両側にガス拡散層２，３が配置されており、更にその両側にセパレータ４，５が配置されて上記膜電極複合体１およびガス拡散層２，３を両側から挟み込んでいる。膜電極複合体１の周縁部（図上右端部）１ａはガス拡散層２，３の周縁部２ａ，３ａよりも外側（図上右側）に突出しており、セパレータ４，５の周縁部４ａ，５ａは膜電極複合体１の周縁部１ａよりも更に外側に突出している。
【００２１】
膜電極複合体１の周縁部１ａの両側であってセパレータ４，５の内面側にそれぞれガスケット６，７が配置されており、このガスケット６，７はそれぞれ粘着剤１１，１２よりなる接合手段により膜電極複合体１の周縁部１ａの一面または他面に貼着されている。
【００２２】
図上上側の一方のガスケット６は、一面に上記粘着剤１１を塗布した基部６ａの他面にシールリップ部６ｂを一体成形したものであって、基部６ａの外側に延長部６ｄが一体成形されており、この延長部６ｄの一面に、位置決め部（調芯部とも称する）１０の一方の構成要素をなす凹部６ｃが一体的に設けられている。シールリップ部６ｂは断面山形ないし三角形状に形成されており、その頂部（先端部）において、セパレータ４の内面に形成した溝部４ｃの内面に密接してシール作用をなす。延長部６ｄの他面はセパレータ４の内面に密接しており、副次的なシール部をなす場合がある。
【００２３】
また、図上下側の他方のガスケット７は、一面に上記粘着剤１２を塗布した基部７ａの他面にシールリップ部７ｂを一体成形したものであって、基部７ａの外側に延長部７ｄが一体成形されており、この延長部７ｄの一面に、位置決め部１０の他方の構成要素をなす凸部７ｃが一体的に設けられている。シールリップ部７ｂは断面山形ないし三角形状に形成されており、その頂部（先端部）においてセパレータ５の内面に形成した溝部５ｃの内面に密接してシール作用をなす。延長部７ｄの他面はセパレータ５の内面に密接しており、副次的なシール部をなす場合がある。
【００２４】
上記一対のガスケット６，７は、図示した向かい合わせの状態でその平面形状を互いに同一形状に形成されており、特に一方のガスケット６におけるシールリップ部６ｂの頂部と凹部６ｃ間の間隔ｄ_１と、他方のガスケット７におけるシールリップ部７ｂの頂部と凸部７ｃ間の間隔ｄ_２とは互いに同一寸法に形成されている。
【００２５】
上記凹部６ｃおよび凸部７ｃは、膜電極複合体１の外側において互いに直接対向しかつ互いに係合するものであって、この凹部６ｃおよび凸部７ｃが互いに係合することによって両ガスケット６，７の平面上の位置が合致せしめられ、両ガスケット６，７のシールラインの平面上の位置が合致せしめられる。したがってガスケット６，７を膜電極複合体１に取り付けるに際しては、この凹部６ｃおよび凸部７ｃよりなる位置決め部１０を係合させた状態でガスケット６，７を膜電極複合体１に貼着することにより、電解質膜ないし膜電極複合体一体型のガスケットを一組成形する。シールラインは、シールリップ部６ｂ，７ｂの頂部を辿ることによって特定されるガスケット平面上の線である。凹部６ｃおよび凸部７ｃはこのシールラインに沿ってその外側に平面上連続的に設けられるが、平面上断続的に複数を設けるようにしても良い。凸部７ｃは、断面四角形状に形成されており、凹部６ｃはこれに対応する断面形状に形成されている。
【００２６】
上記構成のガスケットによれば、上記したようにガスケット６，７に設けた凹部６ｃおよび凸部７ｃの組み合わせよりなる位置決め部１０を係合させることにより、ガスケット６，７のシールラインの平面上の位置を合致させることが可能である。したがって、位置決め部１０を係合させてガスケット６，７のシールラインの平面上の位置を合致させることにより、シールラインのずれを原因とするガスケット６，７の面圧および反力の極端な低下を防止することができ、これにより安定したシール性能を得ることができる。
【００２７】
また、凹部６ｃおよび凸部７ｃよりなる位置決め部１０を係合させた状態でガスケット６，７を膜電極複合体１に取り付けることによってガスケット６，７のシールラインの平面上の位置を合致させることが可能であるために、ガスケット６，７を膜電極複合体１に取り付けるに際しては、各ガスケット６，７の膜電極複合体１に対する位置精度を厳しく管理する必要がない（位置精度を厳しく管理しなくても、位置決め部１０を係合させた状態でガスケット６，７を膜電極複合体１に取り付ければ自動的にガスケット６，７のシールラインの平面上の位置が合致する）。したがって、取付作業を容易化することができる。
【００２８】
第二実施例・・・
図２は、本発明の第二実施例に係るガスケットを備えた燃料電池セルの要部断面を示しており、このセルは以下のように構成されている。
【００２９】
すなわち先ず、電解質膜（図示せず）の両側（両面側、図上上側および下側）に触媒層（図示せず）を担持した膜電極複合体１が設けられており、その両側にガス拡散層２，３が配置されており、更にその両側にセパレータ４，５が配置されて上記膜電極複合体１およびガス拡散層２，３を両側から挟み込んでいる。膜電極複合体１の周縁部（図上右端部）１ａはガス拡散層２，３の周縁部２ａ，３ａよりも僅かに外側（図上右側）に突出しており、セパレータ４，５の周縁部４ａ，５ａは膜電極複合体１の周縁部１ａよりも更に外側に突出している。
【００３０】
ガス拡散層２，３の周縁部２ａ，３ａ位置であってセパレータ４，５の内面側にそれぞれガスケット６，７が配置されており、このガスケット６，７はそれぞれ射出成形時の含浸による接合手段によりガス拡散層２，３の周縁部２ａ，３ａに対して一体化されており、ガス拡散層一体型のガスケットとされている。
【００３１】
図上上側の一方のガスケット６は、ガス拡散層２の周縁部２ａに含浸された含浸部６ｅの一面にシールリップ部６ｂをガス拡散層２から突出するように一体成形したものであって、含浸部６ｅの外側に延長部６ｄがやはりガス拡散層２から突出するように一体成形されており、この延長部６ｄの一面に、位置決め部（調芯部とも称する）１０の一方の構成要素をなす凹部６ｃが一体的に設けられている。シールリップ部６ｂは断面山形ないし三角形状に形成されており、その頂部（先端部）において、セパレータ４の内面に形成した溝部４ｃの内面に密接してシール作用をなす。延長部６ｄの他面はセパレータ４の内面に密接しており、副次的なシール部をなす場合がある。
【００３２】
また、図上下側の他方のガスケット７は、ガス拡散層３の周縁部３ａに含浸された含浸部７ｅの一面にシールリップ部７ｂをガス拡散層３から突出するように一体成形したものであって、含浸部７ｅの外側に延長部７ｄがやはりガス拡散層３から突出するように一体成形されており、この延長部７ｄの一面に、位置決め部１０の他方の構成要素をなす凸部７ｃが一体的に設けられている。シールリップ部７ｂは断面山形ないし三角形状に形成されており、その頂部（先端部）において、セパレータ５の内面に形成した溝部５ｃの内面に密接してシール作用をなす。延長部７ｄの他面はセパレータ５の内面に密接しており、副次的なシール部をなす場合がある。
【００３３】
上記一対のガスケット６，７は、図示した向かい合わせの状態でその平面形状を互いに同一形状に形成されており、特に一方のガスケット６におけるシールリップ部６ｂの頂部と凹部６ｃ間の間隔ｄ_１と、他方のガスケット７におけるシールリップ部７ｂの頂部と凸部７ｃ間の間隔ｄ_２とは互いに同一寸法に形成されている。
【００３４】
上記凹部６ｃおよび凸部７ｃは、膜電極複合体１の外側において互いに直接対向しかつ互いに係合するものであって、この凹部６ｃおよび凸部７ｃが互いに係合することによって両ガスケット６，７の平面上の位置が合致せしめられ、両ガスケット６，７のシールラインの平面上の位置が合致せしめられる。したがってセルないしスタックの組立時にガス拡散層２，３によって膜電極複合体１を挟み込むに際しては、この凹部６ｃおよび凸部７ｃよりなる位置決め部１０を係合させた状態でガス拡散層２，３によって膜電極複合体１を挟み込む。シールラインは、シールリップ部６ｂ，７ｂの頂部を辿ることによって特定されるガスケット平面上の線である。凹部６ｃおよび凸部７ｃはこのシールラインに沿ってその外側に平面上連続的に設けられるが、平面上断続的に複数を設けるようにしても良い。凸部７ｃは、断面四角形状に形成されており、凹部６ｃはこれに対応する断面形状に形成されている。
【００３５】
上記構成のガスケットによれば、上記したようにガスケット６，７に設けた凹部６ｃおよび凸部７ｃの組み合わせよりなる位置決め部１０を係合させることにより、ガスケット６，７のシールラインの平面上の位置を合致させることが可能である。したがって、位置決め部１０を係合させてガスケット６，７のシールラインの平面上の位置を合致させることにより、シールラインのずれを原因とするガスケット６，７の面圧および反力の極端な低下を防止することができ、これにより安定したシール性能を得ることができる。
【００３６】
また、凹部６ｃおよび凸部７ｃよりなる位置決め部１０を係合させた状態でガス拡散層２，３により膜電極複合体１を挟み込むことによってガスケット６，７のシールラインの平面上の位置を合致させることが可能であるために、ガス拡散層２，３によって膜電極複合体１を挟み込むに際しては、各ガス拡散層２，３の膜電極複合体１に対する位置精度を厳しく管理する必要がない（位置精度を厳しく管理しなくても、位置決め部１０を係合させた状態でガス拡散層２，３によって膜電極複合体１を挟み込めば自動的にガスケット６，７のシールラインの平面上の位置が合致する）。したがって、組立作業を容易化することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００３８】
すなわち、上記構成を備えた本発明の各請求項による燃料電池においては、一対のガスケットに設けた位置決め部を係合させることにより両ガスケットの頂部（シールライン）を平面上合致させることができる。したがって、位置決め部を係合させてガスケットのシールラインを平面上合致させることにより、シールラインのずれを原因とするガスケットの面圧および反力の極端な低下を防止することができ、これにより安定したシール性能を得ることができる。
【００３９】
また、位置決め部を係合させた状態で、ガスケットやこれを含浸したガス拡散層を膜電極複合体に取り付けることによってガスケットのシールラインを平面上合致させることができるために、部品の取付位置精度や組付位置精度をそれほど厳しく管理する必要がない。したがって、取付作業や組立作業を容易化することができる。
【００４０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例に係るガスケットを備えた燃料電池セルの要部断面図
【図２】本発明の第二実施例に係るガスケットを備えた燃料電池セルの要部断面図
【符号の説明】
１膜電極複合体
１ａ，２ａ，３ａ，４ａ，５ａ周縁部
２，３ガス拡散層
４，５セパレータ
４ｂ，５ｂ装着溝
４ｃ，５ｃ溝部
６，７ガスケット
６ａ，７ａ基部
６ｂ，７ｂシールリップ部
６ｃ凹部
６ｄ，７ｄ延長部
６ｅ，７ｅ含浸部
７ｃ凸部
８，９接着剤
１０位置決め部
１１，１２粘着剤[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a fuel cell gasket that is disposed on both sides of an electrolyte membrane and has a sealing function.
[0002]
[Prior art]
A single cell of a fuel cell has an electrolyte membrane, and a catalyst layer is supported on both sides of the electrolyte membrane to form a membrane electrode composite. The membrane electrode composite has gas diffusion layers on both sides. Is sandwiched between separators. A pair of gaskets are arranged on both sides of the membrane electrode assembly, and the gaskets are sealed so that each reaction gas does not leak between the separators.
[0003]
Fuel cell stacks are constructed by stacking a plurality of single cells. In order to reduce the clamping force of the plates at both ends of the stack, the gasket has the characteristic that the required surface pressure can be obtained with a low reaction force. A thing with is desirable.
[0004]
In general, in order to obtain a high surface pressure with a low reaction force, it is effective to make a lip shape having a triangular cross-section with a small contact area with the counterpart member, but it is arranged on both sides of the membrane electrode assembly. In the gasket, as the tip angle of the lip is smaller, the decrease in the surface pressure due to the deviation of the lip positions of the pair of gaskets becomes extremely large.
[0005]
When a pair of gaskets are arranged, if the lip positions of the two parts are displaced, the surface pressure and reaction force of the parts are reduced and variations occur in these parts, so that uniform sealing performance cannot be obtained. For this reason, regarding the arrangement of the gasket, it is necessary to strictly manage the lip position and to increase the tip angle of the lip at the expense of low reaction force.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above, the present invention can make the surface pressure and reaction force generated in the gasket uniform, thereby improving the sealing performance and improving the assembly workability of the cell or stack. An object of the present invention is to provide a fuel cell that can be used .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a fuel cell according to claim 1 of the present invention comprises:
Gas diffusion layers (2) and (3) are disposed on both sides of the membrane electrode assembly (1), and separators (4) and (5) are further disposed on both sides of the membrane electrode assembly (1). (2) (3) is sandwiched, the peripheral edge (1a) of the membrane electrode assembly (1) protrudes more outward than the peripheral edges (2a) (3a) of the gas diffusion layers (2) (3), The peripheral portions (4a) and (5a) of the separators (4) and (5) protrude further outward than the peripheral portion (1a) of the membrane electrode assembly (1), and the peripheral portions ( Gaskets (6) and (7) are disposed on both sides of 1a) and on the inner surfaces of the separators (4) and (5), respectively, and the gaskets (6) and (7) are respectively adhesives (11) (12) or one side of the peripheral edge (1a) of the membrane electrode assembly by joining means consisting of thermocompression bonding (1) or It is adhered to the surface,
One of the gaskets (6) has a seal lip portion (6b) integrally provided on the other surface of the base portion (6a) for setting the joining means on one surface, and the top portion of the seal lip portion (6b). In which the extension portion (6d) is integrally provided outside the base portion (6a), and one component of the positioning portion (10) is provided on one surface of the extension portion (6d). A recess (6c) is provided,
The other gasket (7) has a seal lip portion (7b) integrally provided on the other surface of the base portion (7a) for setting the joining means on one surface, and the top portion of the seal lip portion (7b). In which the extension (7d) is integrally provided outside the base (7a), and the other component of the positioning part (10) is provided on one surface of the extension (7d). A convex portion (7c) is provided,
The pair of gaskets (6) and (7) have the same planar shape, and the distance (d ₁ ) between the top of the seal lip (6b) and the recess (6c) in one gasket (6). And the gap (d ₂ ) between the top of the seal lip portion (7b) and the convex portion (7c) in the other gasket (7) ,
The concave portion (6c) and the convex portion (7c) face each other and engage with each other on the outside of the membrane electrode assembly (1), thereby positioning the concave portion (6c) and the convex portion (7c). The portion (10) is characterized in that the gaskets (6) and (7) are positioned on a plane .
[0008]
In the fuel cell according to claim 2 of the present invention , the gas diffusion layers (2) and (3) are disposed on both sides of the membrane electrode assembly (1), and the separators (4) and (5) are disposed on both sides thereof. The membrane electrode assembly (1) and the gas diffusion layers (2) and (3) are sandwiched, and the peripheral portions (4a) and (5a) of the separators (4) and (5) are the peripheral edges of the membrane electrode composite (1). Projecting outward from the peripheral portions (2a) and (3a) of the portion (1a) and the gas diffusion layers (2) and (3), and at the peripheral portions (2a) and (3a) of the gas diffusion layers (2) and (3) Gaskets (6) and (7) are respectively disposed on the inner surface sides of the separators (4) and (5), and the gaskets (6) and (7) are respectively bonded to the gas diffusion layers (2) and (3) by a joining means by impregnation. ) Of the peripheral part (2a) (3a) of
One gasket (6) has a seal lip portion (6b) on one surface of an impregnation portion (6e) impregnated in a peripheral portion (2a) of one gas diffusion layer (2), and the gas diffusion layer (2). The seal lip portion (6b) is in close contact with one of the separators (4) at the top of the seal lip portion (6b), and an extension portion (6d) is provided outside the impregnation portion (6e). Provided integrally so as to protrude from the gas diffusion layer (2), a concave portion (6c) forming one component of the positioning portion (10) is provided on one surface of the extension portion (6d),
The other gasket (7) has a seal lip portion (7b) on one surface of the impregnation portion (7e) impregnated in the peripheral portion (3a) of the other gas diffusion layer (3). The seal lip portion (7b) is integrally provided so as to project from the other separator (5), and an extension portion (7d) is provided outside the impregnation portion (7e). Protruding part (7c) which is provided integrally so as to protrude from the gas diffusion layer (3) and forms the other component of the positioning part (10) is provided on one surface of the extension part (7d),
The pair of gaskets (6) and (7) have the same planar shape, and the distance (d ₁ ) between the top of the seal lip (6b) and the recess (6c) in one gasket (6). And the gap (d ₂ ) between the top of the seal lip portion (7b) and the convex portion (7c) in the other gasket (7) ,
The concave portion (6c) and the convex portion (7c) face each other and engage with each other on the outside of the membrane electrode assembly (1), thereby positioning the concave portion (6c) and the convex portion (7c). The portion (10) is characterized in that the gaskets (6) and (7) are positioned on a plane .
[0009]
In the fuel cell according to claim 1 of the present invention having the above-described configuration, when the positioning portion formed by the combination of the concave portion and the convex portion provided in the pair of gaskets is engaged, the top portions (seal lines) of both gaskets are associated with this. Can be matched on the plane. That is, the present invention has a self-aligning function of the gasket, and the seal line can be matched by this self-aligning function.
[0010]
The positioning portion is preferably a combination of a concave portion provided in one gasket and a convex portion provided in the other gasket and engaged with the concave portion. The positioning portion having such a structure is a gasket. It is provided continuously along the seal line or provided intermittently .
[0011]
Further, the gasket is preferably integrated with the membrane electrode assembly by a bonding means comprising an adhesive or thermocompression bonding, or integrated with the gas diffusion layer by a bonding means by impregnation. According to the structure, it is possible to reduce the number of parts when the fuel cell is assembled.
[0012]
The molding material for the gasket is not particularly limited as long as it is used for fuel cell applications, but it is desirable that the gasket has excellent compression set and does not contaminate the system. For example, a rubber material such as ethylene propylene diene (EPDM), butyl, silicone or fluorine is preferably used.
[0013]
The present application includes the following technical matters.
[0014]
That is, in order to achieve the above object, one gasket proposed by the present application has the following configuration.
[0015]
(1) A gasket that is used by being combined through an electrolyte membrane of a fuel cell, and has a positioning unevenness that matches both seal lines.
(2) A gasket used in combination through an electrolyte membrane of a fuel cell, wherein a plurality of positioning irregularities are provided intermittently so that both seal lines match .
(3) An electrolyte membrane integrated gasket obtained by integrating the gasket according to (1) or (2 ) above with an electrolyte membrane by an adhesive, thermocompression bonding, or the like.
(4) A gas diffusion layer-integrated gasket in which the gasket according to (1) or (2) is integrated with a gas diffusion layer by press molding, injection molding, or the like.
(5) By arranging irregularities for alignment on a pair of gaskets, thereby providing the gasket with a self-aligning function, the seal lines are matched with each other and the accuracy control of the gasket position during assembly is reduced.
[0016]
And according to the gasket of the said structure, it is possible to show the following effects.
[0017]
(1) When arranging a pair of gaskets via the membrane electrode assembly , both gaskets are arranged along the self-alignment irregularities provided on the gasket without strictly controlling the assembly position accuracy of the members. Since the position is aligned and the lip position can be prevented from shifting, the dimensional accuracy during the manufacture of the member and the positional accuracy during assembly can be reduced.
(2) When integrating a pair of gaskets into a membrane electrode assembly using an adhesive or the like, the irregularities for self-alignment provided on the gaskets, even if the assembly position accuracy of the members is not strictly controlled Since the positions of both gaskets are aligned along the lip and the lip position can be prevented from shifting, the positioning operation when integrating them can be simplified.
(3) Since it is possible to prevent a significant decrease in the surface pressure and reaction force of the gasket caused by the displacement of the lip position, a stable sealing property can be obtained.
(4) Since it is not necessary to consider the deviation of the lip position in terms of design, the lip shape can be sharpened, and the degree of design freedom is increased, such as lower reaction force and higher surface pressure.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
First embodiment ...
FIG. 1 shows a cross section of a main part of a fuel cell provided with a gasket according to a first embodiment of the present invention, and this cell is configured as follows.
[0020]
That is, first, a membrane electrode assembly 1 carrying a catalyst layer (not shown) is provided on both sides (both sides, upper side and lower side) of an electrolyte membrane (not shown), and gas diffusion is performed on both sides thereof. Layers 2 and 3 are disposed, and separators 4 and 5 are disposed on both sides thereof to sandwich the membrane electrode assembly 1 and the gas diffusion layers 2 and 3 from both sides. The peripheral edge portion (right end portion in the figure) 1a of the membrane electrode assembly 1 protrudes to the outer side (right side in the figure) than the peripheral edge portions 2a and 3a of the gas diffusion layers 2 and 3, and the peripheral edge portions 4a and 4a of the separators 4 and 5 5 a protrudes further outward than the peripheral edge 1 a of the membrane electrode assembly 1.
[0021]
Gaskets 6 and 7 are disposed on both sides of the peripheral edge 1a of the membrane electrode assembly 1 and on the inner surfaces of the separators 4 and 5, respectively. The membrane electrode assembly 1 is attached to one surface or the other surface of the peripheral edge 1a.
[0022]
One gasket 6 on the upper side of the figure is formed by integrally molding a seal lip portion 6b on the other surface of the base portion 6a coated with the adhesive 11 on one surface, and an extension portion 6d is integrally formed on the outer side of the base portion 6a. In addition, a concave portion 6c constituting one component of a positioning portion (also referred to as an alignment portion) 10 is integrally provided on one surface of the extension portion 6d. The seal lip portion 6b is formed in a cross-sectional mountain shape or a triangular shape, and at the top portion (tip portion), the seal lip portion 6b is in close contact with the inner surface of the groove portion 4c formed on the inner surface of the separator 4 and performs a sealing action. The other surface of the extension 6d is in close contact with the inner surface of the separator 4 and may form a secondary seal portion.
[0023]
Further, the other gasket 7 on the upper and lower sides of the figure has a seal lip portion 7b integrally formed on the other surface of the base portion 7a coated with the adhesive 12 on one surface, and an extension portion 7d is integrally formed on the outer side of the base portion 7a. The convex part 7c which makes the other component of the positioning part 10 is integrally provided on one surface of the extension part 7d. The seal lip portion 7b is formed in a cross-sectional mountain shape or a triangular shape, and at the top portion (tip portion), the seal lip portion 7b is in close contact with the inner surface of the groove portion 5c formed on the inner surface of the separator 5. The other surface of the extension portion 7d is in close contact with the inner surface of the separator 5, and may form a secondary seal portion.
[0024]
The above-mentioned pair of gaskets 6 and 7 are formed in the same shape as each other in the state of facing each other, and in particular, the gap d ₁ between the top of the seal lip 6b and the recess 6c in one gasket 6 They are formed in the same size with each other and the distance d ₂ between the top and the projections 7c of the seal lip portion 7b in the other gasket 7.
[0025]
The concave portion 6c and the convex portion 7c are directly opposed to each other and engaged with each other on the outside of the membrane electrode assembly 1, and when the concave portion 6c and the convex portion 7c are engaged with each other, both gaskets 6, 7 are engaged. The positions of the two gaskets 6 and 7 are made to coincide with each other. Therefore, when the gaskets 6 and 7 are attached to the membrane electrode assembly 1, the gaskets 6 and 7 are adhered to the membrane electrode assembly 1 in a state where the positioning portions 10 including the concave portions 6c and the convex portions 7c are engaged. Thus, an electrolyte membrane or a membrane electrode assembly-integrated gasket is formed into one composition. The seal line is a line on the gasket plane specified by following the tops of the seal lip portions 6b and 7b. The concave portion 6c and the convex portion 7c are continuously provided on the outer surface along the seal line, but a plurality of the concave portions 6c and the convex portion 7c may be provided intermittently on the plane. The convex part 7c is formed in the cross-sectional square shape, and the recessed part 6c is formed in the cross-sectional shape corresponding to this.
[0026]
According to the gasket having the above-described configuration, by engaging the positioning portion 10 formed by the combination of the concave portion 6c and the convex portion 7c provided in the gaskets 6 and 7 as described above, It is possible to match the positions. Therefore, the surface pressure and reaction force of the gaskets 6 and 7 are extremely reduced by causing the seal lines to be displaced by engaging the positioning portion 10 to match the positions of the gaskets 6 and 7 on the plane of the seal line. Therefore, stable sealing performance can be obtained.
[0027]
Further, by attaching the gaskets 6 and 7 to the membrane electrode assembly 1 with the positioning portion 10 including the recess 6c and the protrusion 7c engaged, the positions of the gaskets 6 and 7 on the plane of the seal line are matched. Therefore, when the gaskets 6 and 7 are attached to the membrane electrode assembly 1, it is not necessary to strictly manage the positional accuracy of the gaskets 6 and 7 with respect to the membrane electrode assembly 1 (the positional accuracy is strictly controlled). Even if the gaskets 6 and 7 are attached to the membrane electrode assembly 1 with the positioning portion 10 engaged, the positions of the gaskets 6 and 7 on the plane of the seal line are automatically matched). Therefore, the attachment work can be facilitated.
[0028]
Second embodiment ...
FIG. 2 shows a cross section of a main part of a fuel cell provided with a gasket according to a second embodiment of the present invention, and this cell is configured as follows.
[0029]
That is, first, a membrane electrode assembly 1 carrying a catalyst layer (not shown) is provided on both sides (both sides, upper side and lower side) of an electrolyte membrane (not shown), and gas diffusion is performed on both sides thereof. Layers 2 and 3 are disposed, and separators 4 and 5 are disposed on both sides thereof to sandwich the membrane electrode assembly 1 and the gas diffusion layers 2 and 3 from both sides. The peripheral part (right end part in the figure) 1a of the membrane electrode assembly 1 protrudes slightly outside (right part in the figure) from the peripheral parts 2a and 3a of the gas diffusion layers 2 and 3, and the peripheral part of the separators 4 and 5 4 a and 5 a protrude further outward than the peripheral edge 1 a of the membrane electrode assembly 1.
[0030]
Gaskets 6 and 7 are arranged at the peripheral edge portions 2a and 3a of the gas diffusion layers 2 and 3 and on the inner surfaces of the separators 4 and 5, respectively, and the gaskets 6 and 7 are joining means by impregnation during injection molding, respectively. Therefore, the gas diffusion layers 2 and 3 are integrated with the peripheral portions 2a and 3a to form a gas diffusion layer integrated gasket.
[0031]
One gasket 6 on the upper side in the figure is formed by integrally molding a seal lip portion 6b so as to protrude from the gas diffusion layer 2 on one surface of an impregnation portion 6e impregnated in the peripheral edge portion 2a of the gas diffusion layer 2. An extension portion 6d is integrally formed outside the impregnation portion 6e so as to protrude from the gas diffusion layer 2, and one component of the positioning portion (also referred to as a centering portion) 10 is formed on one surface of the extension portion 6d. A recess 6c is formed integrally. The seal lip portion 6b is formed in a cross-sectional mountain shape or a triangular shape, and at the top portion (tip portion), the seal lip portion 6b is in close contact with the inner surface of the groove portion 4c formed on the inner surface of the separator 4 and performs a sealing action. The other surface of the extension 6d is in close contact with the inner surface of the separator 4 and may form a secondary seal portion.
[0032]
The other gasket 7 on the upper and lower sides of the figure is formed by integrally molding a seal lip portion 7b so as to protrude from the gas diffusion layer 3 on one surface of the impregnation portion 7e impregnated in the peripheral edge portion 3a of the gas diffusion layer 3. Thus, the extension 7d is integrally formed on the outside of the impregnation portion 7e so as to protrude from the gas diffusion layer 3. On one surface of the extension 7d, a convex portion 7c constituting the other component of the positioning portion 10 is formed. It is provided integrally. The seal lip portion 7b is formed in a cross-sectional mountain shape or a triangular shape, and at the top portion (tip portion), the seal lip portion 7b is in close contact with the inner surface of the groove portion 5c formed on the inner surface of the separator 5 and performs a sealing action. The other surface of the extension portion 7d is in close contact with the inner surface of the separator 5, and may form a secondary seal portion.
[0033]
The above-mentioned pair of gaskets 6 and 7 are formed in the same shape as each other in the state of facing each other, and in particular, the gap d ₁ between the top of the seal lip 6b and the recess 6c in one gasket 6 They are formed in the same size with each other and the distance d ₂ between the top and the projections 7c of the seal lip portion 7b in the other gasket 7.
[0034]
The concave portion 6c and the convex portion 7c are directly opposed to each other and engaged with each other on the outside of the membrane electrode assembly 1, and when the concave portion 6c and the convex portion 7c are engaged with each other, both gaskets 6, 7 are engaged. The positions of the two gaskets 6 and 7 are made to coincide with each other. Therefore, when the membrane electrode assembly 1 is sandwiched between the gas diffusion layers 2 and 3 at the time of assembling the cell or stack, the gas diffusion layers 2 and 3 are engaged with the positioning portion 10 composed of the concave portion 6c and the convex portion 7c. The membrane electrode assembly 1 is sandwiched. The seal line is a line on the gasket plane specified by following the tops of the seal lip portions 6b and 7b. The concave portion 6c and the convex portion 7c are continuously provided on the plane along the seal line, but a plurality of the concave portions 6c and the convex portion 7c may be provided intermittently on the plane. The convex part 7c is formed in the cross-sectional square shape, and the recessed part 6c is formed in the cross-sectional shape corresponding to this.
[0035]
According to the gasket having the above-described configuration, by engaging the positioning portion 10 formed by the combination of the concave portion 6c and the convex portion 7c provided in the gaskets 6 and 7 as described above, It is possible to match the positions. Therefore, the surface pressure and reaction force of the gaskets 6 and 7 are extremely reduced by causing the seal lines to be displaced by engaging the positioning portion 10 to match the positions of the gaskets 6 and 7 on the plane of the seal line. Therefore, stable sealing performance can be obtained.
[0036]
In addition, the membrane electrode assembly 1 is sandwiched between the gas diffusion layers 2 and 3 in a state where the positioning portion 10 including the concave portion 6c and the convex portion 7c is engaged, thereby matching the positions of the gaskets 6 and 7 on the plane of the seal line. Therefore, when the membrane electrode assembly 1 is sandwiched between the gas diffusion layers 2 and 3, it is not necessary to strictly manage the positional accuracy of the gas diffusion layers 2 and 3 with respect to the membrane electrode assembly 1 ( Even if the positional accuracy is not strictly controlled, if the membrane electrode assembly 1 is sandwiched between the gas diffusion layers 2 and 3 with the positioning portion 10 engaged, the gasket 6 and 7 are automatically on the plane of the seal line. Position matches). Therefore, assembly work can be facilitated.
[0037]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects.
[0038]
That is, in the fuel cell according to each claim of the present invention having the above-described configuration, the top portions (seal lines) of both gaskets can be made to coincide on a plane by engaging the positioning portions provided on the pair of gaskets. Therefore, by engaging the positioning part and matching the seal line of the gasket on a flat surface, it is possible to prevent an extreme decrease in the surface pressure and reaction force of the gasket due to the deviation of the seal line. Sealing performance can be obtained.
[0039]
In addition, it is possible to match the gasket seal line on a flat surface by attaching the gasket and the gas diffusion layer impregnated with the gasket to the membrane electrode assembly with the positioning part engaged. There is no need to manage the assembly position accuracy so strictly. Therefore, it is possible to facilitate the attachment work and the assembly work .
[0040]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a fuel cell having a gasket according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of a fuel cell having a gasket according to a second embodiment of the present invention. [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Membrane electrode assembly 1a, 2a, 3a, 4a, 5a Peripheral part 2, 3 Gas diffusion layer 4, 5 Separator 4b, 5b Mounting groove 4c, 5c Groove part 6, 7 Gasket 6a, 7a Base part 6b, 7b Seal lip part 6c Concave part 6d, 7d Extension part 6e, 7e Impregnation part 7c Convex part 8,9 Adhesive 10 Positioning part 11,12 Adhesive

Claims

Gas diffusion layers (2) and (3) are disposed on both sides of the membrane electrode assembly (1), and separators (4) and (5) are further disposed on both sides of the membrane electrode assembly (1). (2) (3) is sandwiched, the peripheral edge (1a) of the membrane electrode assembly (1) protrudes more outward than the peripheral edges (2a) (3a) of the gas diffusion layers (2) (3), The peripheral portions (4a) and (5a) of the separators (4) and (5) protrude further outward than the peripheral portion (1a) of the membrane electrode assembly (1), and the peripheral portions ( Gaskets (6) and (7) are disposed on both sides of 1a) and on the inner surfaces of the separators (4) and (5), respectively, and the gaskets (6) and (7) are respectively adhesives (11) (12) or One surface of the peripheral edge (1a) of the membrane electrode assembly (1) by a joining means comprising thermocompression bonding or It is adhered to the surface,
One of the gaskets (6) has a seal lip portion (6b) integrally provided on the other surface of the base portion (6a) for setting the joining means on one surface, and the top portion of the seal lip portion (6b). In which the extension portion (6d) is integrally provided outside the base portion (6a), and one component of the positioning portion (10) is provided on one surface of the extension portion (6d). A recess (6c) is provided,
The other gasket (7) has a seal lip portion (7b) integrally provided on the other surface of the base portion (7a) for setting the joining means on one surface, and the top portion of the seal lip portion (7b). In which the extension (7d) is integrally provided outside the base (7a), and the other component of the positioning part (10) is provided on one surface of the extension (7d). A convex portion (7c) is provided,
The pair of gaskets (6) and (7) have the same planar shape, and the distance (d between the top of the seal lip portion (6b) and the recess (6c) in one gasket (6) (d _１1 ) And the distance between the top of the seal lip portion (7b) and the convex portion (7c) in the other gasket (7) (d _２2 ) Are identical to each other,
The concave portion (6c) and the convex portion (7c) face each other and engage with each other on the outside of the membrane electrode assembly (1), thereby positioning the concave portion (6c) and the convex portion (7c). The part (10) positions the gaskets (6) and (7) on a plane in a fuel cell.

Gas diffusion layers (2) and (3) are disposed on both sides of the membrane electrode assembly (1), and separators (4) and (5) are further disposed on both sides of the membrane electrode assembly (1). (2) (3) is sandwiched, and the peripheral portions (4a) and (5a) of the separators (4) and (5) are connected to the peripheral portion (1a) of the membrane electrode assembly (1) and the gas diffusion layer (2) ( 3) protrudes outward from the peripheral edge portions (2a) and (3a) and is the peripheral edge portions (2a) and (3a) of the gas diffusion layers (2) and (3) on the inner surface side of the separators (4) and (5). Gaskets (6) and (7) are respectively disposed in the peripheral portions (2a) and (3a) of the gas diffusion layers (2) and (3) by joining means by impregnation. And
One gasket (6) has a seal lip portion (6b) on one surface of an impregnation portion (6e) impregnated in a peripheral portion (2a) of one gas diffusion layer (2), and the gas diffusion layer (2). The seal lip portion (6b) is in close contact with one of the separators (4) at the top of the seal lip portion (6b), and an extension portion (6d) is provided outside the impregnation portion (6e). Provided integrally so as to protrude from the gas diffusion layer (2), a concave portion (6c) forming one component of the positioning portion (10) is provided on one surface of the extension portion (6d),
The other gasket (7) has a seal lip portion (7b) on one surface of the impregnation portion (7e) impregnated in the peripheral portion (3a) of the other gas diffusion layer (3). The seal lip portion (7b) is integrally provided so as to project from the other separator (5), and an extension portion (7d) is provided outside the impregnation portion (7e). Protruding part (7c) which is provided integrally so as to protrude from the gas diffusion layer (3) and forms the other component of the positioning part (10) is provided on one surface of the extension part (7d),
The pair of gaskets (6) and (7) have the same planar shape, and the distance (d between the top of the seal lip portion (6b) and the recess (6c) in one gasket (6) (d _１1 ) And the distance between the top of the seal lip portion (7b) and the convex portion (7c) in the other gasket (7) (d _２2 ) Are identical to each other,
The concave portion (6c) and the convex portion (7c) face each other and engage with each other on the outside of the membrane electrode assembly (1), thereby positioning the concave portion (6c) and the convex portion (7c). The part (10) positions the gaskets (6) and (7) on a plane in a fuel cell.