JP4346287B2 - 燃料電池用ガスケット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子型燃料電池を構成するカーボンで形成された集電極フレームのガスケットに関し、具体的には複数の集電極フレームの固定性とシール性能向上及び低コスト化を果たした燃料電池用ガスケットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の燃料電池としては、カーボンにより形成された集電極フレームをケース内に多数個適正な間隔を持って平列に配置し、その間隙を燃料ガスや水等の液体が通過する構造を有しており、その間のシール構造としては、前記集電極フレームの片方の合わせ面に溝を成形し、この溝内に帯状またはＯリング状ガスケットを装着せしめてもう一方の合わせ面の締め付けによって密封作用を働かせているものや、該合わせ面の上に直接弾性体でなるガスケットをプリント配置し、他方の合わせ面を密着せしめて密封をなすもの、あるいは最も単純な構造として該集電極フレームの合わせ面間にシート状のガスケットを挟着せしめて密封をなさしめているものなどが一般的な密封方法として用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した集電極フレームの合わせ面に溝を成形して、帯状またはＯリング状ガスケットなどをこれに装着せしめる密封構造では、該帯状またはＯリング状ガスケットを溝に沿わせて組み入れなければならず、その組み付け作業が大変で多くの時間を費やしており、またズレとか浮きなど装着不備も起き易いマイナス面の多い不確実な密封構造であるもので、どうしても製造コストを低減せしめることができない欠点を有している。さらに、溝内へ載置した帯状またはＯリング状ガスケットに規定以上の締め圧が加わると該溝内での変形吸収が難しくなり最悪では前記集電極フレームの破壊を招く恐れが有る。
また、合わせ面の面上に直接ガスケットをプリント配置した密封構造は、シルクスクリーン印刷技術を用いるなどしてプリント形成するものであるからそのガスケット材料と造形形状が限定されてしまい、これに適応するガスケット材料及びガスケット形状は総じてシール性とか耐久性能に問題を有するもので、安定的な密封力を提供するものでない。
そして、シート状のガスケットを該合わせ面間に挟着せしめる簡便な構造では、該シート状のガスケットを係合固定する部位が少ないため装着位置がズレ易く、この集電極フレームの合わせ面は曲がり等の吸収能力の低いものでこのズレを許容できないし、さらに折れあるいは噛み込み等あれば該合わせ面を傷めたり場合によっては破壊さえする恐れがある。
【０００４】
本発明はこのような欠点を解決し、集電極フレームに簡単確実にガスケットを装着できかつ完全にシールすることにより燃料電池の運転効率と信頼性を高くすることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明を図面によって詳しく説明すると図１に示すように、固体高分子型燃料電池の構成材である集電極フレーム１をケース内に多数個適正な間隔を持って平列に配置するとき、前記集電極フレーム１の端面へ段差部１１を形成し、前記段差部１１に沿う形状にてガスケットの厚みが０．１〜１．０ｍｍで凸条２１を持つ合成ゴムでなる環状ガスケット２を造形せしめ、前記段差部１１のシール面へ熱硬化性接着剤３を塗布形成せしめて、これを介して前記環状ガスケット２を加熱圧接着される燃料電池用ガスケットを完成したことを特徴としている。
【０００６】
また、前記で用いた熱硬化性接着剤３は、二液性のエポキシ樹脂接着剤、あるいはシリコーン系接着剤のいずれかからなることを特徴としている。
【０００７】
【発明の実施形態】
本発明でなる環状ガスケット２は、前記のように集電極フレーム１の端面の段差部１１へ装着されており、しかも熱硬化性接着剤３によって強固に固着一体化されている。ここで用いた燃料電池を構成する集電極フレーム１は、カーボンを圧縮してガス不透過としたガス不透過カーボンにより形成されており、電解質膜、２つの電極、２つの集電極により構成される単電池をその厚み方向に積層する際の隔壁をなしている。このためその表面の平滑性が不足する前記ガス不透過カーボンの確実で長期間変化しない密封が必要となり、ガスケットの厚みが０．１〜１．０ｍｍで凸条を持つ環状ガスケット２と熱硬化性接着剤３での加熱圧接着が重要なポイントとなっている。
【０００８】
【実施例】
このような本発明での燃料電池用ガスケットの成形では、その一実施例を示すと、カーボンが圧縮形成された集電極フレーム１を、エタノール、トルエンなどの洗浄液中に浸漬して１０分程度超音波洗浄せしめる。この集電極フレーム１の端面の段差部１１へは二液性からなるエポキシ樹脂接着剤を塗布せしめておき、次に、成形型を用いフッ素ゴムを１７０〜１８５℃、２〜３分加硫成形せしめ環状ガスケット２をモールド成形（図示していない）して、前記塗布形成したエポキシ樹脂接着剤上に環状ガスケット２を載置せしめ、図３に示すように型４ａ、４ｂをもって１００〜１５０℃、５〜２０分加熱圧接着せしめてこれらの一体化を図る。
【０００９】
ここでの環状ガスケット２は種々の構造を選択できるが、図１に示すように集電極フレーム１のシール面以上に突出する厚みが必要で、ガスケットの厚みが０．１〜１．０ｍｍで凸条２１を持つ形状が好ましい。
その凸条２１としては図１に示すような両裾を持つ山形突起とか、図２に示すような片側へ突出する片側突起、あるいは複数の突出条を形成する複数条突起（図示していない）など求められる状況により選択する。
ここで重要なことは、前記環状ガスケット２が集電極フレーム１の端面の段差部１１へ装着されることであり、そこでは対向部材からの締込み圧縮に対して前記環状ガスケット２が変形をして相手部材に密着しその余剰変形部分を段差部１１の外方部へ移動させ結果として合成ゴムの応力緩和を防いで常時適当な密着性を維持し得るものとなる。
【００１０】
ここで本発明の燃料電池用ガスケットは、低いバネ定数によって充分な強度が確保できない集電極フレーム１の段差部１１の変形を防ぐと共に、カーボンのあれたシール面でも十分な密封性能を確保するものとなったものである。
【００１１】
ここで環状ガスケット２を集電極フレーム１の端面へ装着せしめることで飛躍的に装着作業性が向上しズレのない確実な固定が図られるもので、製造コストの低減に係わる割合は極めて大きいものとなる。
【００１２】
ここで用いる環状ガスケット２の成形材料としては、ゴム材や熱硬化性エラストマー・樹脂材等が挙げられ、例えばゴム材を挙げれば、前記したフッ素ゴム以外に、ブチルゴム、スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、水素添加ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フロロシリコーンゴム、パーフロロアルキルエーテル系ゴム、エチレンプロピレンゴム等が採用可能である。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によって、燃料電池に多数使用されている集電極フレーム１の各々のシール性能向上と低コスト化を図れる。
すなわち、環状ガスケット２は集電極フレーム１の端面の段差部１１へ形成されているので集電極フレーム１への組み付けに手間がかからず、また装着安全性も高い確実なものとなり、大幅な製造コストの低減をせしめる。
また、環状ガスケット２を熱硬化性接着剤３を介して接着一体化せしめたことでカーボン表面の粗面がきれいに埋まって平滑面を形成し環状ガスケット２の密封性能を基面から支えている。
ここにズレのない確実な固定が図られると共に、過変形の逃し作用により環状ガスケット２の圧縮応力が保たれ強力な密封力を働かせ安定的な密封力を提供する。
このような構成によって集電極フレーム１間の正確な間隔と明確な通路が保たれ、燃料ガスや水等の通過を滑らかにして発電効率を最大に高める。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図３】本発明の接着状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 集電極フレーム
１１ 段差部
２ 環状ガスケット
２１ 凸条
３ 熱硬化性接着剤

Claims (1)

1. 燃料電池を構成するカーボンで形成された集電極フレームにあって、間隙を保つ複数枚の集電極フレームの間に装着される燃料電池用ガスケットであって、前記集電極フレームの端面の段差部へ装着され、前記段差部に沿う形状にて、ガスケットの厚みが０．１〜１．０ｍｍで凸条を持つ環状ガスケットに造形せしめ、前記段差部のシール面へ熱硬化性接着剤を介して加熱圧接着される環状ガスケットとしたことを特徴とする燃料電池用ガスケット。

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