JP5468457B2 - 燃料電池用ガスケット及び燃料電池のシール構造 - Google Patents

Description

本発明は、多数のスタック部材を積層して構成される燃料電池における隣接するスタック部材、例えばセパレータ間に介装される燃料電池用ガスケット及びこれを用いた燃料電池のシール構造に関する。

前記のような燃料電池は、一対のセパレータ間に膜−電極複合体（ＭＥＡ）を挟装したセルモジュールを多数積層してスタックとなし、このスタックの積層方向両端部に集電板を配し、これらをボルト・ナット等によって積層方向に締結一体として構成される。この締結一体状態における隣接するセルモジュール間では、それぞれのセパレータが背面同士で合体される。このセパレータ同士の合体面には、冷媒（水或いはエチレングリコールなど）の流路が形成される。また、各セルモジュールにおける一対のセパレータは、ＭＥＡを挟装した状態でその周縁部分が互いに合体される。そして、ＭＥＡの挟装部分の一方の面とセパレータとの間には水素ガスの流路が、他方の面とセパレータとの間には酸素ガスの流路が形成される。これら各機能媒体の流路は、前記スタックを積層方向に貫設された各媒体毎の供給用及び排出用マニホールドと連通するよう構成される。その為、前記スタックを構成するスタック部材（セパレータ、ＭＥＡ）の各合体部分における前記マニホールド孔回り及び外周部分にはガスケットが介装され、これら機能媒体の外部漏出及び相互の混合干渉等の防止が図られるようになされている。前記のようなガスケットとしては、単体の所謂ラバーガスケット、セパレータに一体とされたガスケット、ＭＥＡに一体とされたガスケット(例えば、特許文献１参照）、更には、フレーム付のガスケット（例えば、特許文献２及び３参照）等に類別される。

特開２００３−７３２８号公報 特許第４０６６１１７号公報 特許第３９５３７７１号公報

ところで、前記ラバーガスケットを用いる場合、ラバー（ゴム）単独の成型体である為軟弾性があり、組付時に捩れて脱落することがあるなど、作業性が悪く、また、装着部位の形状や経時的な相手部材の形状変化によって位置移動し、シール性能が低下する原因となることがある。また、セパレータに一体とされたガスケットや、特許文献１に示されたようなＭＥＡに一体とされたガスケットの場合、セパレータやＭＥＡにガスケットを一体とする為に接着剤が用いられるが、接着剤として前記冷媒や生成水に対する耐久性が求められ、接着剤の選択肢が制約されると共に、セパレータやＭＥＡの強度或いは耐熱性を満たす加工条件にも適合する接着剤及びゴム材料の選択が必要とされる。加えて、セパレータやＭＥＡ毎にガスケットを一体化しなければならない為、その作製コストが嵩む上に、劣化したセルモジュールを交換する場合、隣接するセルモジュールのガスケットのみを交換することができず、隣接するセルモジュールも交換する必要があり、メンテナンスコストも嵩むことになる。

また、特許文献２に開示された燃料電池用ガスケットの場合、フレーム体（特許文献２ではガスケット本体）の両面にシール部が配置形成されている為、シール部の反力が大きくなり、相手部品の製造公差が大きい場合等において、高圧縮での使用が難しいという欠点がある。また、特許文献３には、フレーム体（特許文献３では薄形キャリア）とシール部との間に隙間を形成し、これを柔軟な連結部で部分的に繋いだ燃料電池用ガスケットが開示されている。この場合、シール部はフレーム体に対して部分的に配される連結部で連結されているだけであるから、圧縮時に、平面方向（シール面方向）に変形し易く、その為シール部の圧縮量が不足し、低圧縮でのシールが困難となる欠点がある。

本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、組付け時の取扱性に優れ、メンテナンスコスト等の増大をもたらさず、また信頼性の高いシール性能を備えた新規な燃料電池用ガスケット及びこれを用いた燃料電池のシール構造を提供することを目的としている。

第１の発明に係る燃料電池用ガスケットは、多数のスタック部材を積層して構成される燃料電池における隣接するスタック部材間に介装される燃料電池用ガスケットであって、
前記スタック部材のシール対象部位に沿った形状に形成された板状のフレーム体と、該フレーム体のシール側端縁部に当該フレーム体とは別材質の弾性材からなる連結部を介して固着一体に形成された弾性材製のシール部とよりなり、当該燃料電池用ガスケットを前記シール対象部位に配して前記隣接するスタック部材を所定の積層状態とした時には、両スタック部材のシール対象部位間に所定のクリアランスが形成され、前記シール部は該クリアランスに圧縮状態で介在されるよう構成され、前記シール部の厚みは前記フレーム体の厚みより大とされ、且つ、前記連結部の厚みは前記フレーム体の厚みより小とされ、
前記シール部及び連結部が、同材質の弾性体による一体成型体からなり、前記連結部は、前記フレーム体における前記シール側端縁部の全周に亘って形成されていることを特徴とする

本発明の燃料電池用ガスケットにおいて、前記フレーム体の厚みは、前記クリアランスより小とされているものとしても良い。

本発明の燃料電池用ガスケットにおいて、前記フレーム体が、前記スタック部材の所定の位置に位置付ける為の位置決手段を備え、該位置決手段が前記フレーム体の外周縁部に外向きに突設された突起からなるものとしても良い。この場合、前記突起が、前記フレーム体と同材質の部材からなり、該フレーム体に一体に形成されているもの、或いは、弾性体からなり、前記フレーム体に固着一体に形成されているものが望ましく採用される。

本発明の燃料電池用ガスケットにおいて、前記隣接するスタック部材が、セパレータであり、前記所定のクリアランスを以って積層されたときには、両セパレータ間に機能媒体の流路が形成されるものとしても良い。

第２の発明に係る燃料電池のシール構造は、前記いずれかの燃料電池用ガスケットを用いた燃料電池のシール構造であって、前記隣接するスタック部材の前記シール対象部位に当該燃料電池用ガスケットを介装し、前記多数のスタック部材を所定の積層状態とし、前記シール対象部位間に前記シール部を圧縮状態で介在させたことを特徴とする。

第１の発明に係る燃料電池用ガスケット、或いは、第２の発明に係る燃料電池のシール構造において、当該燃料電池用ガスケットは、燃料電池を構成するスタック部材のシール対象部位に沿った形状に形成された板状のフレーム体と、該フレーム体のシール側端縁部に連結部を介して固着一体に形成された弾性材製のシール部とよりなる。そして、該燃料電池用ガスケットは、前記隣接するスタック部材のシール対象部位に介装され、各スタック部材が所定の積層状態の時には、形成される所定のクリアランスに前記シール部が圧縮状態で介在される。シール部の厚みは、フレーム体の厚みより大とされているから、シール部の圧縮時において、フレーム体が圧縮されず、或いはフレーム体に負荷がかからず、従って、この介在状態ではシール部の圧縮反力がシール対象部位間に作用し、これによってシール対象部位間が好適にシールされる。また、積層されたスタック部材（或は、前記セルモジュールも含む）のうちの損傷したスタック部材を交換する場合、隣接するスタック部材を交換することなく、同時に当該燃料電池用ガスケットも交換することができるから、メンテナンスコストの低減化も図ることができる。

また、前記連結部は、前記シール側端縁部の全周に亘り形成されているから、シール部は、連結部を介してフレーム体によってその形状が保持され、前記シール対象部位に配する場合等に、捩れたりシール部が噛み込んだりすることがなく、組付時のハンドリング性が向上する。更には、シール部が弾性体によって構成され、芯材が介在しないため、シール部の圧縮率を高く設定することができる。従って、熱膨張収縮によるシール箇所の口開きを低減でき、また、製造公差の大きいスタック部材に対しても使用可能となる。加えて、連結部が弾性材からなり、その厚みがフレーム体の厚みより小とされているから、シール部の圧縮の際におけるシール部の変形移動を吸収し、この変形移動がフレーム体にまで及ばないようにすることができる。更に、前記シール部及び連結部が、同材質の弾性体による一体成型体からなるから、フレーム体に対するシール部及び連結部の一体化が簡易になし得ると共に、シール部の圧縮時における変形移動分の連結部による吸収が、同材質であることによる馴染み性により円滑になされる。
尚、ここでの所定の積層状態とは、多数のスタック部材を積層してこれらを積層方向に締結して燃料電池を構成する場合、各スタック部材の厚み、締結度合、全体寸法等を勘案した設計上の概念である。また、所定のクリアランスとは、前記所定の積層状態において、シール部の適正な締め代等を勘案して設定されるシール対象部位間の設計上のクリアランスである。

第１或いは第２の発明において、前記フレーム体の厚みが前記クリアランスより小とされている場合、スタック部材を所定の積層状態とする際にフレーム体が障害とならず、シール部の圧縮が適正になされ、シール対象部位間における所期のシール性が的確に発揮される。特に、前記隣接するスタック部材が、セパレータであり、前記所定のクリアランスを以って積層されたときに、両セパレータ間に機能媒体の流路が形成されるものに適用した場合には、フレーム体が機能媒体の流路の形成の障害とはならず、当該流路を流通する機能媒体による所期の機能が損なわれることがない。

第１或いは第２の発明において、前記フレーム体を、金属板、合成樹脂板、繊維補強合成樹脂板、繊維補強ゴム板、又は紙のいずれかからなるものとすることができる。金属板からなる場合は、その剛直性により、シール部の優れた形状保持及び補強機能が得られる。また、合成樹脂板からなる場合は、フレーム体を成型により簡易に作製することができ、且つ、当該ガスケット及び燃料電池の軽量化及び低コスト化に寄与する。更に、繊維補強合成樹脂板からなる場合は、合成樹脂の特性に加え、剛性も付与され、シール部の形状保持性及び補強性が向上する。

第１或いは第２の発明において、前記フレーム体が、前記スタック部材の所定の位置に位置付ける為の位置決手段を備えたものとした場合、当該燃料電池用ガスケットの組付時に、前記シール対象部位に対する適正位置への位置付けを的確に行うことができると共に、使用時における熱膨張収縮による位置ずれの防止を阻止することができる。そして、この位置決手段は、前記フレーム体の外周縁部に外向きに突設された突起からなるものとし、該突起を、前記フレーム体と同材質の部材からなり、該フレーム体に一体に形成されているもの、或いは、弾性体からなり、前記フレーム体に固着一体に形成されているものとすることができる。前者の場合は、突起の形成が極めて容易であり、また、後者の場合は突起が弾性体からなるから、この弾性体の弾性変形を伴うよう組付けることができ、スタック部材の製造公差を吸収して的確な位置決めがなされる。

本発明に係る燃料電池用ガスケットの一実施形態の全体構成を示す概略的平面図である。 （ａ）は図１におけるＸ−Ｘ線矢視拡大断面図であり、（ｂ）は同燃料電池用ガスケットを燃料電池のスタックを構成するセパレータ間に介装した状態の（ａ）に対応する部分の断面図である。 （ａ）は図１におけるＹ−Ｙ線矢視拡大断面図であり、（ｂ）は同燃料電池用ガスケットを同セパレータ間に介装した状態の（ａ）に対応する部分の断面図である。 （ａ）は図１におけるＺ−Ｚ線矢視拡大断面図であり、（ｂ）は同燃料電池用ガスケットを同セパレータ間に介装した状態の（ａ）に対応する部分の断面図である。 （ａ）（ｂ）は同燃料電池用ガスケットの変形例を示す図４（ａ）（ｂ）に対応する図である。 本発明に係る燃料電池用ガスケットの他の実施形態の図２（ａ）に対応する図である。 本発明に係る燃料電池用ガスケットの更に他の実施形態の図２（ａ）に対応する図である。

以下に本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１〜図５は、本発明に係る燃料電池用ガスケットの第１の実施形態を示している。例示の燃料電池用ガスケット１は、燃料電池（不図示）を構成する前記セルモジュール（不図示）同士の界面、即ち、隣接するセルモジュール間におけるそれぞれのセパレータ（スタック部材）２，３が背面同士で合体される部分のシール対象部位２１，３１に介装されるものである。本燃料電池用ガスケット１は、前記シール対象部位２１，３１に沿った形状に形成された金属製のフレーム体１１と、該フレーム体１１のシール側端縁部１１１に連結部１２を介して固着一体に形成されたエラストマー製のシール部１３とよりなる。

ここで、前記シール対象部位２１，３１は、燃料電池の機能媒体としての水素ガス供給用マニホールド孔１１ａ、水素ガス排出用マニホールド孔１１ｂ、酸素ガス供給用マニホールド孔１１ｃ及び酸素ガス（生成水を含む）排出用マニホールド孔１１ｄの夫々の周縁部、同じく機能媒体としての冷媒供給用マニホールド孔１１ｅ及び冷媒排出用マニホールド孔１１ｆとセパレータ２，３における当該冷媒用マニホールド孔１１ｅ，１１ｆに連通する冷媒（機能媒体）用流路２２，３２（図２（ｂ）参照）が形成される部位を含む周縁部に沿った形状に形成される。従って、フレーム体１１は、これらシール対象部位２１，３１に整合する部分を全て含んだ形状となるように形成される。図１に示す２点鎖線は、前述のように多数のスタック部材を積層してスタックを構成した場合に形成される冷媒用マニホールドの境界部を示している。図例のセパレータ２，３は、隣接するセルモジュール同士の界面に位置するが、各セルモジュールにおいては、一対のセパレータ間にＭＥＡ（不図示）が挟装されることは前述のとおりである。そして、このＭＥＡの一方の面と一方のセパレータとの間に、前記水素ガス供給用及び排出用マニホールド孔１１ａ，１１ｂに連通する水素ガス（機能媒体）用の不図示の流路が形成され、ＭＥＡの他方の面と他方のセパレータとの間に、前記酸素ガス供給用及び排出用マニホールド孔１１ｃ，１１ｄに連通する酸素ガス（機能媒体）用の不図示の流路が形成される。

前記フレーム体１１のシール側端縁部１１１とは、前記各マニホールド孔１１ａ〜ｆに向く側の端縁部、及び前記冷媒用流路２２，３２が形成される部位に向く側の端縁部を意味する。前記フレーム体１１は、ステンレスやＳＰＣＣ等の鋼板を前記形状に打抜き加工して得たもので、該フレーム体１１を、所望のガスケット１に対応する形状のキャビティを備えた金型内に配置し、エラストマーをキャビティ内に注入して加硫成型することによって、図示のようにフレーム体１１の前記シール側端縁部１１１に、連結部１２を介してシール部１３が固着一体とされた燃料電池用ガスケット１が得られる。図例のフレーム体１１には、後記するセパレータ２，３との合体の際に、前記所定のシール対象部位２１，３１に位置付ける為の２種の位置決手段１１３，１１４が形成されている。第１の位置決手段１１３は、フレーム体１１の外周縁部１１２の数箇所（図例では３箇所）に外向きに形成された突起からなる。この第１の位置決手段としての突起１１３は、図例ではエラストマーの成型体からなり、前記フレーム体１１と、連結部１２及びシール部１３とを一体成型する際に、同時にエラストマーによって成型される。従って、図例の燃料電池用ガスケット１の成型に用いられる金型のキャビティは、この第１の位置決手段としての突起１１３に対応する空所を備えている。また、第２の位置決手段１１４は、セパレータ２，３に形成される不図示の突子を嵌受するよう該フレーム体１１に貫設された２個の孔からなる。図１では、位置決手段として、第１及び第２の位置決手段１１３，１１４を備えた例を示しているが、いずれか一方のみを備えるものであっても良い。

ここで用いられるエラストマーとしては、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、水素化アクリロニトリルブタジエンゴム（ＨＮＢＲ）、シリコーンゴム（ＶＭＱ）、フロロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ブチルゴム、ポリイソブチレンゴム、エチレンプロピレンジェン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）等のゴム材、熱可塑性エラストマー（オレフィン系、ポリエステル系、ポリアミド系、スチレン系等）等が挙げられ、強度気体透過性、耐酸性、耐アルカリ性、耐水性、耐油性等の特性に応じて適宜選択される。ゴム材はミラブルでも液状でもよいが、成型加工性の点から液状が好ましい。

前記シール部１３、連結部１２及び突起１１３を、前記エラストマーのうちの同材質のエラストマーにより一体成型することはもとより可能であるが、それぞれの部位に適正な弾力を備えたエラストマーを選択し、これらを同時成型によって形成することも可能である。ここでのそれぞれの部位に適正な弾力とは、シール部１３では、前記スタック部材の積層体を締結一体とする際、各スタック部材間に介在される当該燃料電池用ガスケット１のシール部１３が圧縮され、圧縮されることによる圧縮反力と、内圧により生じるセルフシール機能とにより、低圧縮でも適正なシール性が得られる弾力である。また、連結部１２では、シール部１３が圧縮された時或いは内圧を受けた際に、シール部１３を変位しないよう保持し得ると共に、シール部１３の流動変形部分を吸収し得る弾力である。更に、突起１１３では、本燃料電池用ガスケット１を、セパレータ２，３の所定のシール対象部位２１，３１に配置する際に、該シール対象部位２１，３１に形成された後記する段部２１０，３１０の段壁部２１１，３１１に弾接して、所定の位置に当該燃料電池用ガスケット１を保持し得る弾力である。

第１の実施形態に係る燃料電池用ガスケット１の構造について更に詳細に説明する。図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、シール部１３は、断面形状が円形に近い楕円形状であり、その長径がフレ−ム体１１の面域方向に平行な形状とされ、当該ガスケット１の断面形状は、シール部１３の長径を中心線とする線対称に形成されている。シール部１３の最大厚み（山形部１３ａ，１３ａの頂部間距離）Ｄ１は、セパレータ２，３が積層締結された状態における前記シール対象部位２１，３１間のクリアランスＣより大きく設定される。前記フレーム体１１の厚みＤ２は、前記クリアランスＣよりやや小とされる。また、連結部１３の厚みＤ３は、フレーム体１１の厚みＤ２より小とされている。連結部１３の厚みＤ３は、前記シール部１３が所定の圧縮状態に至る過程で生じるシール部１３の流動変形分を吸収してその厚みが増大しても、前記シール対象部位２１，３１に接触せず、且つ、シール部１３の形状保持機能を維持するように設定される。

図２（ｂ）は、前記燃料電池用ガスケット１を、隣接するセルモジュール（不図示）間のセパレータ２，３におけるシール対象部位２１，３１間に配し、所定数のセルモジュールを前記所定の積層状態とした場合の図１におけるＸ−Ｘ線矢視部に相当する断面図である。セパレータ２，３におけるこの部分の前記シール対象部位２１，３１は、凹溝状の段部２１０，３１０によって形成され、また、両セパレータ２，３の相互の合体する側の面には、冷媒（機能媒体）の流路２２，３２が形成されている。この冷媒の流路２２，３２は、両セパレータ２，３が合体状態では両者が整合する蛇行形状とされ、その一端部（上流側端部）は前記冷媒供給用マニホールド孔１１ｅ（図１参照）に連通し、他端部（下流側端部）は前記冷媒排出用マニホールド孔１１ｆ（同上）に連通するよう形成されている。そして、不図示の冷媒供給用マニホールから冷媒供給用マニホールド孔１１ｅを経て供給される冷媒は、流路２２，３２を流通して冷媒排出用マニホールド孔１１ｆを経て不図示の冷媒排出用マニホールドに流出される。前記所定の積層状態では、両セパレータ２，３は、前記段部２１０，３１０及び流路２２，３２の形成部位以外の部分が相互に密着するよう合体される。従って、この合体状態で、前記凹溝状段部２１０，３１０のそれぞれの溝深さの合計が前記所定のクリアランスＣとなるよう設定される。

燃料電池用ガスケット１を、セパレータ２，３のシール対象部位２１，３１間に配置し、前記セルモジュールを締結により前記所定の積層状態とした時には、セパレータ２，３は互いに密接的に合体し、シール部１３は、図２（ｂ）に示すように、前記クリアランスＣ内で圧縮された状態で介在される。従って、シール部１３の圧縮反力により、シール対象部位２１，３１と、シール部１３との界面に面圧が作用し、この部分がシールされる。この場合、シール部１３の前記圧縮は、クリアランスＣで規制される為、シール部１３の形状（前記厚みＤ１）とクリアランスＣとの適宜設定により、過圧縮となることなく適正なシール性を発現させることができると共に、締結時におけるセパレータ２，３等のスタック部材の変形や割れの発生も防止することができる。しかも、フレーム体１１の厚みＤ２が、クリアランスＣより小とされているから、前記積層時においてフレーム体１１が所定のクリアランスＣを形成する上で障害とならず、前記セパレータ２，３の密接的な合体状態が確実に達成される。従って、前記流路２２，３２も位置ずれや隙間を生じることなく形成され、該流路２２，３２を流通する冷媒による冷却効果も所期どおり発揮される。そして、該流路２２，３２を流通する冷媒は、セパレータ２，３の合体面間に滲入するが、前記シール部１３によってシール対象部位２１，３１がシールされるから、外部への冷媒の漏出が阻止される。

前記シール部１３の圧縮過程で、シール部１３が圧縮方向と直交する方向（シール対象部位２１，３１の面域方向）に広がるように流動変形する。この流動変形は、連結部１２にも及び、連結部１２がこの流動変形分の一部を吸収し、図２（ｂ）に示すように、その厚みが、初期の厚みＤ３より増大する。この実施形態では、シール部１３の流動変形分の吸収によって連結部１２の厚みが増大しても、シール対象部位２１，３１に接触しないよう初期の厚みＤ３が設定されている。従って、連結部１２とシール対象部位２１，３１とが接触して圧縮反力が増大することによるセパレータ２，３の割れや変形、エラストマーの圧壊を防止できる。

図３（ａ）は、図１におけるＹ−Ｙ線矢視部の拡大断面図を示しており、フレーム体１１の幅方向両端部がシール側端縁部１１１とされ、両シール側端縁部１１１に前記と同様にシール部１３が連結部１２を介して固着一体に形成されている。そして、一方のシール部１３は、冷媒用流路２２，３２が形成される部位の周縁部に位置し、他方のシール部１３は、酸素ガス供給用マニホールド孔１１ｃの周縁部に位置するよう形成されている。ここでも、シール部１３、フレーム体１１及び連結部１２のそれぞれの厚みは、前記と同様に設定される。図３（ｂ）は、前記と同様に所定の積層状態におけるセパレータ２，３のシール対象部位２１，３１間での、図３（ａ）に示す部分の介在状態を示している。この部分でのセパレータ２，３のシール対象部位２１，３１は、凹溝形ではなく、セパレータ２，３のそれぞれに形成された酸素ガス供給用マニホールド孔２３，３３側が開放された段部２１０，３１０によって形成されている。

セパレータ２，３を前記所定の積層状態とした時には、セパレータ２，３は互いに密接的に合体し、前記と同様に所定のシール対象部位２１，３１間に所定のクリアランスＣが形成される。そして、両シール部１３は、このクリアランスＣ内で図３（ｂ）に示すように流動変形を伴った圧縮状態で介在される。従って、シール対象部位２１，３１間がシールされ、流路２２，３２を流通する冷媒及び酸素ガス供給用マニホールドを流通する酸素ガスが互いに混流するようなことがない。ここでも、前記各部位の寸法設定による作用効果が同様に発揮される。
尚、説明を割愛するが、水素ガス供給用マニホールド孔１１ａ、水素ガス排出用マニホールド孔１１ｂ及び酸素ガス排出用マニホールド孔１１ｄにおける図３（ｂ）と同様の部位においても、当該燃料電池用ガスケット１の介在により同様の作用効果が得られる。

図４（ａ）は、図１におけるＺ−Ｚ線矢視部の拡大断面図を示しており、フレーム体１１の酸素ガス供給用マニホールド孔１１ｃに向く側の端縁部がシール側端縁部１１１とされ、このシール側端縁部１１１に前記と同様にシール部１３が連結部１２を介して固着一体に形成されている。そして、フレーム体１１の外周縁部１１２に、前記第１の位置決手段としての突起１１３が一体に形成されている。このような突起１１３は、図１に示すように、フレーム体１１の外周縁部１１２のコーナ部若しくはその近傍の３箇所に設けられている。ここでも、シール部１３、フレーム体１１及び連結部１２のそれぞれの厚みは、前記と同様に設定される。図４（ｂ）は、前記と同様に所定の積層状態におけるセパレータ２，３のシール対象部位２１，３１間での、燃料電池用ガスケット１の図４（ａ）に示す部分の介在状態を示している。この部分でのセパレータ２，３のシール対象部位２１，３１は、図３（ｂ）に示す部分と同様に、凹溝形ではなく、それぞれの酸素ガス供給用マニホールド孔２３，３３側が開放された段部２１０，３１０によって形成されている。

セパレータ２，３は、前述の通り、前記燃料電池用ガスケット１を前記シール対象部位２１，３１に配して所定の積層状態とされる。この時、前記第２の位置決手段としての孔１１４（図１参照）に、セパレータ２，３に形成された突子（不図示）を嵌入させると共に、前記突起１１３を、前記段部２１０，３１０の段壁部２１１，３１１に密接或いは弾性的に圧接させるようにして、燃料電池用ガスケット１が前記シール対象部位２１，３１に配される。図４（ｂ）は、突起１１３がフレーム体１１の面域方向に圧縮され、弾性変形して段壁部２１１，３１１に弾接した状態を示している。従って、段部２１０，３１０における段壁部２１１，３１１の平面視した全体形状及び前記突起１１３の突出幅は、突起１１３が段壁部２１１，３１１に密接或いは弾性的に圧接し得るような寸法関係に設定される。このように、燃料電池用ガスケット１をシール対象部位２１，３１に配置する際に、第１及び第２の位置決手段１１３，１１４によって、燃料電池用ガスケット１が所定の位置に的確に位置決めされ、また、使用時における熱膨張収縮による位置ずれを防止することができる。特に、図４（ｂ）のように、突起１１３が弾性変形して段壁部２１１，３１１に弾接するよう構成した場合は、セパレータ２，３に多少の製造上の公差があっても、弾性変形部分でこれを吸収することができる。更に、突起１１３の前記フレーム体１１の面域方向に沿った方向の圧縮反力によって、当該燃料電池用ガスケット１が、前記段壁部２１１，３１１に弾力を持った状態で保持されるから、組付作業時における脱落の懸念が少なく、燃料電池の組立作業性の向上に寄与する。

そして、セパレータ２，３を前記所定の積層状態とした時には、セパレータ２，３は互いに密接的に合体し、前記と同様に所定のシール対象部位２１，３１間に所定のクリアランスＣが形成される。シール部１３は、このクリアランスＣ内で図４（ｂ）に示すように流動変形を伴った圧縮状態で介在される。従って、シール対象部位２１，３１間がシールされ、酸素ガス供給用マニホールドを流通する酸素ガスが外部に漏出することが防止される。ここでも、前記各部位の寸法設定による作用効果が同様に発揮される。その他の構成は、前記例と同様であるから、共通部分に同一の符号を付し、その説明を割愛する。

図５（ａ）（ｂ）は、図４（ａ）（ｂ）の例の変形例を示す。この例では、第１の位置決手段としての突起１１３が、フレーム体１１と同材質の部材からなり、該フレーム体１１に一体に形成されている。即ち、突起１１３は、シール部１３の反対側のフレーム体１１の縁部に形成されている。この例の場合、段部２１０，３１０における段壁部２１１，３１１の平面視した全体形状及び前記突起１１３の突出幅は、突起１１３が段壁部２１１，３１１に密接し得るような寸法関係に設定される。従って、燃料電池用ガスケット１をシール対象部位２１，３１に配する際における燃料電池用ガスケット１の位置決め、更には、使用時における熱膨張収縮による位置ずれ防止機能が同様に発揮される。そして、図５（ｂ）に示すように、セパレータ２，３を前記所定の積層状態とした時には、セパレータ２，３は互いに密接的に合体し、前記と同様に所定のシール対象部位２１，３１間に所定のクリアランスＣが形成される。シール部１３は、このクリアランスＣ内で流動変形を伴った圧縮状態で介在される。従って、シール対象部位２１，３１間がシールされ、酸素ガス供給用マニホールドを流通する酸素ガスが外部に漏出することが防止される。ここでも、前記各部位の寸法設定による作用効果が同様に発揮される。その他の構成は、前記例と同様であるから、共通部分に同一の符号を付し、ここでもその説明を割愛する。

図６及び図７は、本発明に係る燃料電池用ガスケットの他の実施形態を示している。図６に示す例の燃料電池用ガスケット１は、シール部１３の断面形状が前記の例と同様に楕円形状であるが、その長径の長さが前記例より長いことで特徴付けられる。このように、長径が長い楕円形状のシール部１３の場合、前記と同様に所定の積層状態でセパレータ２，３のシール対象部位２１，３１間に介在させた際、シール対象部位２１，３１との弾性的接触面が大きくなり、これによって、前記セルモジュールの位置ずれによるセパレータ２，３の割れや、変形が生じ難くなる。フレーム体１１と、該フレーム体１１のシール側端縁部１１１に連結部１２を介して固着一体とされたシール部１３とによる基本構成は前記例と同様である。また、これら各部位の厚み寸法（Ｄ２，Ｄ３，Ｄ１）と前記所定のクリアランスＣ（図２等参照）との寸法関係も前記例と同様に設定され、従って、これら寸法設定による作用効果も同様に発揮される。

図７に示す例の燃料電池用ガスケット１は、シール部１３の断面形状が倒Ｙ字形であり、フレーム体１１とは反対方向に開拡するよう上下対象に形成された一対のリップ部１３ｂを備えていることで特徴付けられる。この例の場合、前記と同様に所定の積層状態でセパレータ２，３のシール対象部位２１，３１間に介在させた際、一対のリップ部１３ｂが互いに接近するよう撓みながら圧縮される。従って、この撓み変形により、低反力によるシールが可能となる。この例においても、フレーム体１１と、該フレーム体１１のシール側端縁部１１１に連結部１２を介して固着一体とされたシール部１３とによる基本構成は前記例と同様である。そして、一対のリップ部１３ｂの先端間距離がシール部１３の最大厚みＤ１とされ、これら各部位の厚み寸法（Ｄ２，Ｄ３，Ｄ１）と前記所定のクリアランスＣ（図２等参照）との寸法関係も前記例と同様に設定され、従って、これら寸法設定による作用効果も同様に発揮される。

図６及び図７は、図１のＸ−Ｘ線矢視部に対応する部分を示しているが、Ｙ−Ｙ線矢視部或いはＺ−Ｚ線矢視部においては、図３（ａ）或いは図４（ａ）、図５（ａ）に示すような構造となる。図６及び図７に示す例のその他の構成は前記例と同様であるから、共通部分に同一の符号を付し、その説明を割愛する。

尚、例示の実施形態では、隣接するセルモジュール同士における互いに合体関係となるセパレータ２，３間に本発明に係る燃料電池用ガスケット１を介装させる例について述べたが、各セルモジュールにおいて、セパレータとＭＥＡ（この場合、ＭＥＡの外周縁部に各マニホールド孔を含むＭＥＡ用フレーム体が一体とされている）との間に当該燃料電池用ガスケット１を介装させること、或いは、ＭＥＡを挟装した状態のセパレータ間に当該燃料電池用ガスケット１を介装させることは、もとより可能である。また、燃料電池用ガスケット１の各マニホールド孔を含む全体形状は、図１の例に限定されず、燃料電池の設計仕様等によって異なることは言うまでもない。更に、フレーム体１１として金属板製のものを例示したが、合成樹脂製板或いは繊維補強合成樹脂板製のものであっても良い。加えて、シール部１３の断面形状は、例示のものに限定されず、他の形状も採用可能であることも言うまでもない。

１ 燃料電池用ガスケット
１１ フレーム体
１１１ シール側端縁部
１１２ 外周縁部
１１３ 突起（位置決手段）
１２ 連結部
１３ シール部
２，３ セパレータ（スタック部材）
２１，３１ シール対象部位
２２，３２ 流路
Ｄ１ シール部の厚み
Ｄ２ フレーム部の厚み
Ｄ３ 連結部の厚み
Ｃ 所定のクリアランス

Claims (8)

1. 多数のスタック部材を積層して構成される燃料電池における隣接するスタック部材間に介装される燃料電池用ガスケットであって、
   前記スタック部材のシール対象部位に沿った形状に形成された板状のフレーム体と、該フレーム体のシール側端縁部に当該フレーム体とは別材質の弾性材からなる連結部を介して固着一体に形成された弾性材製のシール部とよりなり、
   当該燃料電池用ガスケットを前記シール対象部位に配して前記隣接するスタック部材を所定の積層状態とした時には、両スタック部材のシール対象部位間に所定のクリアランスが形成され、前記シール部は該クリアランスに圧縮状態で介在されるよう構成され、
   前記シール部の厚みは前記フレーム体の厚みより大とされ、且つ、前記連結部の厚みは前記フレーム体の厚みより小とされ、
   前記シール部及び連結部が、同材質の弾性体による一体成型体からなり、前記連結部は、前記フレーム体における前記シール側端縁部の全周に亘って形成されていることを特徴とする燃料電池用ガスケット。
2. 請求項１に記載の燃料電池用ガスケットにおいて、
   前記フレーム体の厚みは、前記クリアランスより小とされていることを特徴とする燃料電池用ガスケット。
3. 請求項１又は２に記載の燃料電池用ガスケットにおいて、
   前記フレーム体が、金属板、合成樹脂板、繊維補強合成樹脂板、繊維補強ゴム板、又は紙のいずれかからなることを特徴とする燃料電池用ガスケット。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池用ガスケットにおいて、
   前記フレーム体が、前記スタック部材の所定の位置に位置付ける為の位置決手段を備え、該位置決手段が前記フレーム体の外周縁部に外向きに突設された突起からなることを特徴とする燃料電池用ガスケット。
5. 請求項４に記載の燃料電池用ガスケットにおいて、
   前記突起が、前記フレーム体と同材質の部材からなり、該フレーム体に一体に形成されていることを特徴とする燃料電池用ガスケット。
6. 請求項４に記載の燃料電池用ガスケットにおいて、
   前記突起が、弾性体からなり、前記フレーム体に固着一体に形成されていることを特徴とする燃料電池用ガスケット。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池用ガスケットにおいて、
   前記隣接するスタック部材が、セパレータであり、前記所定のクリアランスを以って積層されたときには、両セパレータ間に機能媒体の流路が形成されることを特徴とする燃料電池用ガスケット。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の燃料電池用ガスケットを用いた燃料電池のシール構造であって、
   前記隣接するスタック部材の前記シール対象部位に当該燃料電池用ガスケットを介装し、前記多数のスタック部材を所定の積層状態とし、前記シール対象部位間に前記シール部を圧縮状態で介在させたことを特徴とする燃料電池のシール構造。

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