JP5447762B2 - Fuel cell parts - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池セルを構成する部品であって、発電領域の周囲を密封するガスケットを一体に有するものに関する。 The present invention relates to a component constituting a fuel battery cell, which integrally has a gasket for sealing the periphery of a power generation region.
燃料電池は、高分子電解質膜(イオン交換膜)の両面に一対の触媒電極層を設けた膜電極複合体(以下MEAという)の厚さ方向両側を、セパレータで挟持した燃料電池セルを多数積層したセルスタック構造となっている。そして、酸化ガス(酸素)が各セパレータの一方の面に形成された酸化ガス流路から一方の触媒電極層(カソード)に供給され、燃料ガス(水素)が各セパレータの他方の面に形成された燃料ガス流路から他方の触媒電極層(アノード)に供給され、水の電気分解の逆反応である電気化学反応、すなわち水素と酸素から水を生成する反応によって、電力を発生するものである。 A fuel cell is made up of a number of fuel cells that are sandwiched between separators on both sides in the thickness direction of a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as MEA) in which a pair of catalyst electrode layers are provided on both sides of a polymer electrolyte membrane (ion exchange membrane). It has a cell stack structure. Then, an oxidizing gas (oxygen) is supplied to one catalyst electrode layer (cathode) from an oxidizing gas passage formed on one surface of each separator, and a fuel gas (hydrogen) is formed on the other surface of each separator. Is supplied from the fuel gas flow path to the other catalyst electrode layer (anode) and generates electric power through an electrochemical reaction that is the reverse reaction of water electrolysis, that is, a reaction that generates water from hydrogen and oxygen. .
燃料ガスや酸化ガスが外部へリークしたり、互いに混合したりしないように、MEAの発電領域の周囲は、ガスケットによって密封されており、このガスケットは、セパレータの表面に一体に設けられてMEAの表面に密接されるものがよく知られている。 The periphery of the power generation area of the MEA is sealed with a gasket so that the fuel gas and the oxidizing gas do not leak to the outside or mix with each other, and this gasket is integrally provided on the surface of the separator. What is in close contact with the surface is well known.
図5は、従来の燃料電池セル部品として、ガスケットを一体に有するセパレータの一部を示す断面図である。すなわちこの図5において、参照符号101は燃料電池のセパレータであって、シリコーンゴム(VMQ)、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、フッ素ゴム(FKM)、ブチルゴム(IIR)等のゴム材料からなるガスケット102が設けられている。ガスケット102はシール突条102aが形成されていて、このシール突条102aが図中一点鎖線で示されるMEA103に圧縮状態で密接されることによって、燃料ガスや酸化ガスに対する密封を行うものである(例えば下記の特許文献1参照)。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a part of a separator integrally having a gasket as a conventional fuel cell component. That is, in FIG. 5 ,
ガスケット102は、圧縮に対する反力が大きいと、セルスタック全体としての締付荷重が著しく大きくなってしまうため、低反力化が要求されており、このためガスケット102(シール突条102a)の断面積を小さくする必要がある。また、シリコーンゴムやEPDMは安価ではあるものの、燃料ガス(水素)の不透過性は劣るため、ガスケット102の断面積を小さくすると燃料ガスの透過漏れが大きくなって、発電効率の低下を来たすばかりでなく、漏れた燃料ガスによる危険性も増大するおそれがある。
If the reaction force against the compression of the
したがって、燃料ガスの透過漏れを抑制するため、ガスケット102を、シリコーンゴムやEPDMの外側を燃料ガス不透過性に優れたフッ素ゴムやブチルゴムで被覆した構造とすることも提案されているが(例えば特許文献2参照)、生産コストが高くなり、生産効率が低下するといった問題が指摘される。
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、ガスケットを一体に有する燃料電池セル部品において、ガスケットの材質がガス不透過性に劣るものであっても、ガスの透過漏れを極力減少させることにある。 The present invention has been made in view of the above points, and the technical problem thereof is that the gasket material is inferior in gas impermeability in a fuel cell part integrally having a gasket. It is also to reduce the gas permeation leakage as much as possible.
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項1の発明に係る燃料電池セル部品は、板状のセル部品本体と、このセル部品本体の表面にゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料で一体的に成形されたガスケットからなり、前記ガスケットが、適当に圧縮された状態で他のセル部品に密接されるシール突条と、このシール突条よりも幅が大きく、かつ前記シール突条よりも小さな圧縮率で圧縮された状態で前記他のセル部品に密接される平坦シール部と、前記シール突条と平坦シール部の間の谷部を備えるものである。この構成によれば、ガスケットが、シール突条及びこのシール突条よりも幅の大きい平坦シール部を有することによって、ガスの透過距離が長くなるので、ガスの透過圧力が有効に減衰されて透過漏れが減少する。しかも平坦シール部の圧縮率がシール突条の圧縮率より小さいため、圧縮に対するガスケットの反力が抑えられる。 As a means for effectively solving the above technical problem, a fuel cell component according to the invention of claim 1 includes a plate-shaped cell component body and a rubber material or rubber-like elasticity on the surface of the cell component body. A gasket integrally molded with a synthetic resin material having a seal ridge that is in close contact with other cell parts in a properly compressed state, and a width larger than the seal ridge, and A flat seal portion that is in close contact with the other cell components in a state of being compressed at a compression rate smaller than that of the seal protrusion, and a trough between the seal protrusion and the flat seal portion . According to this configuration, since the gasket has the seal protrusion and the flat seal portion having a width wider than the seal protrusion, the gas permeation distance becomes long, so that the gas permeation pressure is effectively attenuated and permeated. Leakage is reduced. And since the compression rate of a flat seal part is smaller than the compression rate of a seal protrusion, the reaction force of the gasket with respect to compression is suppressed.
本発明に係る燃料電池セル部品によれば、ガスケットの材質がガス不透過性に劣るものであっても、ガスの透過距離が長くなることによって、ガスケットの圧縮に対する反力の上昇を抑えつつガスの透過漏れを有効に抑制することができる。またこのため、生産コストの上昇を防止することができる。 According to the fuel cell component of the present invention, even if the material of the gasket is inferior in gas impermeability, the gas permeation distance is increased, so that an increase in reaction force against the compression of the gasket is suppressed. Can be effectively suppressed. For this reason, an increase in production cost can be prevented.
また、シール突条と平坦シール部が互いに連続した密接面を形成することによって、ガスの透過距離を一層長くしてガスの透過漏れ抑制効果を向上することができる。 Further, by forming a close contact surface in which the seal protrusion and the flat seal portion are continuous with each other, the gas permeation distance can be further increased and the gas permeation suppression effect can be improved.
以下、本発明に係る燃料電池セル部品の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず図1は、本発明に係る燃料電池セル部品の第一の形態を示す未圧縮状態の要部断面図、図2は、圧縮状態の要部断面図である。 Hereinafter, a preferred embodiment of a fuel cell component according to the present invention will be described with reference to the drawings. First, FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part in an uncompressed state showing a first form of a fuel cell component according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part in a compressed state.
すなわち、第一の形態による燃料電池セル部品は、図1に示されるように、導電性を有するカーボン又は金属製のセパレータ1と、このセパレータ1の表面に、シリコーンゴム(VMQ)やエチレンプロピレンゴム(EPDM)等のゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料で一体的に成形されたガスケット2からなる。なお、セパレータ1は請求項1に記載されたセル部品本体に相当するものである。
That is, as shown in FIG. 1, the fuel battery cell component according to the first embodiment includes a carbon or metal separator 1 having conductivity, and silicone rubber (VMQ) or ethylene propylene rubber on the surface of the separator 1. The
ガスケット2は、断面が山形のシール突条21と、セパレータ1の表面からの標高(肉厚)h2がシール突条21の標高h1よりも低く、幅w2がシール突条21の幅w1よりも大きく、上面が平坦な平坦シール部22とを備え、シール突条21と平坦シール部22との間は谷部23となっている。
The
セルスタックとしての組立状態では、図2に示されるように、ガスケット2におけるシール突条21が密封対象ガス(特に燃料ガス)G側、平坦シール部22がその外側(密封対象ガスGと反対側)に位置する。そしてシール突条21及び平坦シール部22は、適当に圧縮された状態で膜電極複合体(以下MEAという)3の表面に密接されるもので、上述のようにh1>h2であるため、平坦シール部22の圧縮率はシール突条21の圧縮率よりも小さい。好ましくは、シール突条21の圧縮率は20〜50%、平坦シール部22の圧縮率は1〜10%とする。なお、MEA3は請求項1に記載された他のセル部品に相当するものである。
In the assembled state as the cell stack, as shown in FIG. 2, the
上記構成を備える第一の形態の燃料電池セル部品によれば、シール突条21は圧縮率が相対的に大きいため、密封対象ガスGに対する密封性が高いものとなっており、しかも密封対象ガスGがこのシール突条21を僅かに透過して谷部23による隙間へ達しても、その外側にはシール突条21よりも幅の大きい(w1<w2)平坦シール部22が存在し、適当な圧縮状態でMEA3に密接していることによってガスGの透過圧力が有効に減衰されるので、透過漏れが減少する。このため、特に燃料ガスの透過漏れによる発電効率の低下や、漏れた燃料ガスによる危険性の増大を有効に抑えることができる。
According to the fuel cell component of the first embodiment having the above-described configuration, the
またこのため、ガスケット2の材料としてシリコーンゴムやエチレンプロピレンゴムなど、燃料ガスに対する不透過性は高くないが比較的安価なゴム材料を使用できるので、生産コストも低く抑えることができる。
For this reason, the
また、平坦シール部22の圧縮率がシール突条21の圧縮率よりも十分に小さいため、圧縮に対するガスケット2の反力の増大が抑えられる。したがって、セルスタック全体としての締付荷重も抑えられる。
Moreover, since the compression rate of the
次に図3は、本発明に係る燃料電池セル部品の第二の形態を示す未圧縮状態の要部断面図、図4は、圧縮状態の要部断面図である。 Next, FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part in an uncompressed state showing a second form of the fuel battery cell component according to the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part in the compressed state.
第二の形態による燃料電池セル部品において、上述した第一の形態と異なるところは、シール突条21の圧縮率が20〜50%、平坦シール部22の圧縮率が1〜10%となるようにガスケット2を圧縮したときに、図4に示されるように、シール突条21及び平坦シール部22の変形によってその間の谷部23が埋まってしまう程度に、谷部23を浅く形成したことにある。その他の部分は、第一の形態と同様に構成されている。
In the fuel cell component according to the second embodiment, the difference from the first embodiment described above is that the compression rate of the
このようにすれば、MEA3に対してシール突条21及び平坦シール部22が互いに連続した密接面を形成するので、密封対象ガスGの透過距離Lが一層長くなり、ガスGの透過漏れ抑制効果を向上することができる。
In this way, since the
1 セパレータ(セル部品本体)
2 ガスケット
21 シール突条
22 平坦シール部
23 谷部
3 MEA(他のセル部品)
G 密封対象ガス
1 Separator (cell component body)
2
G Gas to be sealed
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