JPH07263014A - 燃料電池のガスマニホールドシール装置 - Google Patents

燃料電池のガスマニホールドシール装置

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JPH07263014A
JPH07263014A JP6051988A JP5198894A JPH07263014A JP H07263014 A JPH07263014 A JP H07263014A JP 6051988 A JP6051988 A JP 6051988A JP 5198894 A JP5198894 A JP 5198894A JP H07263014 A JPH07263014 A JP H07263014A
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JP
Japan
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gas manifold
fuel cell
tip
seal member
unvulcanized
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JP6051988A
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English (en)
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Yoshitsugu Gocho
膓 義 次 牛
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスマニホールドのシール面部の形状とシー
ル部材をシンプル化し、ガスマニホールドとセルスタッ
クの沿面距離を十分とり、さらにセルスタックの凹凸に
もうまくフィットし、長期的にも十分な弾性を保持する
シール装置を得ること。 【構成】 燃料電池積層体の四側面に取付けられる反応
ガスの給排用ガスマニホールドのシール装置において、
シール部材の基端部に形成されたU溝にガスマニホール
ドの先端縁部をはめ込み係合させ、そのシール部材の先
端部を燃料電池積層体に圧接させる。また、シール部材
のU溝形成部(基端部)を加硫フッ素系ゴム部とし、先
端部分を未加硫フッ素系ゴム部とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池における積層
体のガスマニホールドのシール装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、燃料電池は天然ガスやメタンガ
ス等を改質して得られた水素と酸化材である空気とを燃
料電池本体内に供給して、リン酸液等の電解質を介して
電気化学的反応を行って電気エネルギーを発生させるも
のであり、上述の如き発電機能を有する一つの単電池が
積層された積層体構造(セルスタック構造)としてあ
る。
【0003】図8は、従来の燃料電池のセルスタック構
造の分解斜視図であって、燃料電池本体の単電池1は、
電解質を保持したマトリックス層2の一面側に矢印A方
向に水素が供給される燃料極3を配設し、他面側に矢印
B方向に空気が供給される空気極4を配設し、その燃料
極3及び空気極4にそれぞれ溝付き電極基材5,6を積
層し、その溝付き電極基材5,6のいずれか一方にセパ
レータ7を積層することにより構成されている。そし
て、この単電池1が多数枚積層される毎に冷却板8が積
層されて一つのサブスタック9が構成され、このサブス
タック9を多数枚積層してセルスタック10が構成され
ている。
【0004】このセルスタック10の最上部と最下部に
は、それぞれ締付け板11が取り付けられ、上下の締付
け板11,11とセルスタック10とは、タイロッド1
2により締め付けられ、電池積層体13として一体化さ
れている。
【0005】上記電池積層体13の四方向の側面には、
図9に示すように、水素ガスと空気ガスとが互いに直行
する方向に流通し得るように一対の水素ガスマニホール
ド15a,15b、及び一対の空気ガスマニホールド1
6a,16bが取付けられている。すなわち、電池積層
体13の互いに対向する側面には水素ガスを給排気する
一対の水素ガスマニホールド15a,15bが取り付け
られ、その水素ガスマニホールド15a,15bが取り
付けられている側面と直行する他の互いに対向する側面
には、空気ガスを給排気する一対の空気ガスマニホール
ド16a,16bが取り付けられている。そして、上記
各ガスマニホールドとセルスタック10との当接面に
は、水素ガスの漏洩によるガス爆発及び効率の低下等の
問題の発生を未然に防ぐためにガスケット18が設けら
れている。
【0006】ところで、ガスマニホールド15a,16
aにそれぞれ水素或は空気が供給されると、セルスタッ
クを構成する単電池1の電解質層及び溝付き電気基材
5,6に含浸されているリン酸が水素や空気に拡散し、
蒸気の状態で排気ガスマニホールドの内部に運び込まれ
る。そこでこのリン酸を含んだ水素と空気ガスを完全に
シールするため、ガスマニホールドとセルスタックとの
間には前述のようにガスケットが設けられているが、前
記ガスケットとしては通常シート状の加硫フッソ系ゴム
が使用されており、ガスマニホールド及びセルスタック
とシール部材との間に空隙ができ、密着性が必ずしも十
分でないという問題点がある。
【0007】このような問題に対して、図10に示すよ
うに、ガスマニホールド15のシール面とセルスタック
10の側面との間に耐熱、耐触及び弾性を有するクッシ
ョン材20を介装し、そのクッション材20の両面を接
着剤21ないしは融着法によってガスマニホールド15
及びセルスタック10に密着接合させることが提案され
ている。
【0008】また、図11に示すように、ガスマニホー
ルドのシール面側端面に形成された凹部22に加硫フッ
素系ゴム23をはめ込み、その加硫フッ素系ゴムの表面
に形成された溝23aに、未加硫フッ素系ゴム24の表
面に形成された突起24aを嵌着させ、電池本体を保温
することにより未加硫フッ素系ゴムを加硫してシールす
ることも提案されている。
【0009】さらに、図12に示すように、ガスマニホ
ールド15のフランジ部25より、その内面に張設した
リン酸保護板26を外側にはみ出させて、電気絶縁沿面
を確保するようにしたものもある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図10
に示すような接着剤ないしは融着法では、電池の運転に
よる熱サイクルによる熱的、機械的ストレスに対して長
期的な信頼性の点で不安があり、またシール材の厚さが
比較的薄いためリン酸によって電気的にガスマニホール
ドとセルスタックとが短絡する懸念もある。また、図1
1に示すようなものにおいては、ガスマニホールドの端
面に凹部加工を施す必要があり、その部分の肉厚が増え
大形化になるとともに重量が増加し、さらにフッ素系ゴ
ム部材の溝や突起の成型加工が必要となり複雑になり、
しかもその溝と突起による接合部が信頼性に欠ける等の
問題がある。
【0011】さらに図12に示すものは、ガスマニホー
ルドのフランジ部より外側に飛び出た保護板が破損し易
く、スペース的にはガスマニホールドが内側に入り、電
池有効面積を低減する傾向があり、電池全体が大きくな
ってしまう等の問題がある。
【0012】本発明はこのような点に鑑み、ガスマニホ
ールドのシール面部の形状とシール部材をシンプル化
し、且つガスマニホールドとセルスタックの沿面距離を
十分とり、さらにセルスタックの凹凸にもうまくフイッ
トし、長期的にも十分な弾性を保持し、経済的で信頼性
の高いシール装置を得ることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、燃料電池積層
体の四側面に取付けられる反応ガスの給気、排気用ガス
マニホールドのシール装置において、ガスマニホールド
の先端縁部に、シール部材の基端部に形成されたU溝に
上記先端縁部をはめ込み係合させることにより上記シー
ル部材を装着し、そのシール部材の先端部を燃料電池積
層体に圧接するとともに、上記シール部材のU溝形成部
を加硫フッ素系ゴム部とし、上記U溝形成部と一体に形
成され、燃料電池積層体と接する先端部分を未加硫フッ
素系ゴム部としたことを特徴とする。
【0014】
【作用】ガスマニホールドのシール部材のセルスタック
との接する部分が未加硫フッ素系ゴム部によって構成さ
れているため、セルスタック表面の凹凸に対して十分フ
イットでき、またガスマニホルド取付部を加硫フッ素ゴ
ムとすることにより所定の弾性を有し、U溝に直接ガス
マニホルド縁部をはめ込み、その固定とともに水素或は
空気のシールを行うことができる。また、U溝の深さは
電気絶縁沿面として十分な距離になるような寸法にで
き、またシール部材が加硫フッ素系ゴム部と未加硫フッ
素系ゴム部との一体構造により形成されることによって
シンプルな構成とすることができる。
【0015】
【実施例】以下、図1乃至図7を参照して本発明の実施
例について説明する。なお、図中図9等と同一部につい
ては同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0016】図1は、本発明における燃料電池セルスタ
ック全体を示す分解斜視図であって、セルスタック10
の互いに対向する側面には、水素ガスマニホルド15
a,15bが対向するように取付けられており、この水
素ガスマニホルド15a,15bを取付けた面と直行す
る他の対向側面には空気ガスマニホルド16a,16b
が対向して取付けられている。そして、各ガスマニホル
ドのセルスタック側先端縁部にはシール部材30が装着
されている。
【0017】シール部材30は上記ガスマニホルドの先
端端部に沿う環状を呈しており、その基端面には周方向
に延びるU溝30aが形成され、図2に示すように、そ
のU溝30a内にガスマニホルド15a,15b,16
a,16bの先端縁部がそれぞれ直接はめ込まれてい
る。なお、各ガスマニホルド15a,15b,16a,
16bの内面には耐リン酸のフッ素樹脂のコーティング
層31が塗布されている。そして、上記シール部材の先
端部がセルスタック10の側面に圧接されている。
【0018】しかして、この場合、シール部材30の先
端部の幅寸法を小さくすることができ、対向するセル周
辺の含浸部の幅も狭くすることができ、その結果セルの
有効面積を大きくすることができる。
【0019】図3は上記シール部材30の加工処理を説
明する図であって、シール部材30の基端部には前述の
ようにU溝30aが形成され、また両側面または一方の
側面には、シール部材が変形してセルスタック面にフイ
ットし易いようにするための逃げ溝30bが形成されて
いる。
【0020】このように形成されているシール部材30
は、その先端部分(斜線部分)のみに冷却金型32を当
接した状態で加硫化処理が行われる。したがって、上記
加硫化工程において、シール部材30の基端部は所定の
温度で加硫化処理が行われ加硫フッ素系ゴム部となると
ともに、先端部だけが強制的に冷却されているため未硬
化の状態に保持され、未加硫フッ素系ゴム部となる。そ
のため、セルスタック10の側面にその弾性によってき
わめて良くフイットし、シール効果が確保される。
【0021】図4はシール部材30の平面図で、シール
部材30は帯状に製作され組立段階でガスマニホールド
の縁部形状に合った長方形に成型され、図5で示すスカ
ーフカット部33の部分で接着されている。
【0022】図6は本発明の他の実施例であって、シー
ル部材30の未硬化フッ素系ゴム部がL形になってお
り、逃げ溝30bが片側だけに設けられている。図7は
シール部材30がセルスタック10に圧接されている状
態を示す。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、シール
部材におけるガスマニホールドに装着する基端部と燃料
電池積層体に接する先端部分とを一体に形成するととも
に、その基端部を加硫フッ素系ゴム部とし上記先端部を
未加硫フッ素系ゴム部とし、さらに上記基端部に形成さ
れたU溝部にガスマニホールドの先端縁部をはめ込み係
合させることによりシール部材をガスマニホールドに装
着したので、シンプルなシール部材構成によってセルス
タック側面の凹凸に十分良くフイットし、U溝の深さに
より電気絶縁沿面距離もスペースを取らずに確保でき、
リン酸の滲み出しに対して地絡がしにくく、かつガスマ
ニホールドのシール先端部の幅寸法を少なくしたことに
よりセル周辺の含浸部も狭くなりセル有効面積を大きく
でき、高いシール性能と高いスペースファクターと高い
信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における燃料電池セルスタックの外観を
示す部分分解斜視図。
【図2】本発明のシール装置におけるシール部材取付部
断面図。
【図3】本発明のシール部材の加硫工程説明図。
【図4】本発明のシール部材の平面図。
【図5】図4のX部拡大斜視図。
【図6】シール部材の他の実施例の断面図。
【図7】図6のシール部材の作動状態説明図。
【図8】一般的な燃料電池のセルスタックの分解斜視
図。
【図9】従来のセルスタック全体の外観を示す部分分解
斜視図。
【図10】従来のガスマニホールドのシール構造図。
【図11】従来のガスマニホールドの他のシール構造
図。
【図12】従来のガスマニホールドのさらに他のシール
構造図。
【符号の説明】
1 単電池 2 マトリックス層 3 燃料極 4 空気極 5,6 電極基材 10 セルスタック 15a,15b 水素ガスマニホールド 16a,16b 空気ガスマニホールド 30 シール部材 30a U溝 30b 逃げ溝 31 コーティング層 32 冷却金型

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料電池積層体の四側面に取付けられる反
    応ガスの給気、排気用ガスマニホールドのシール装置に
    おいて、ガスマニホールドの先端縁部に、シール部材の
    基端部に形成されたU溝に上記先端縁部をはめ込み係合
    させることにより上記シール部材を装着し、そのシール
    部材の先端部を燃料電池積層体に圧接するとともに、上
    記シール部材のU溝形成部を加硫フッ素系ゴム部とし、
    上記U溝形成部と一体に形成され、燃料電池積層体と接
    する先端部分を未加硫フッ素系ゴム部としたことを特徴
    とする、燃料電池のガスマニホールドシール装置。
  2. 【請求項2】シール部材は、フッ素系ゴムの加硫化工程
    で先端を冷却板等で強制冷却することにより先端部のみ
    を未加硫状態としたことを特徴とする、請求項1記載の
    燃料電池のガスマニホールドシール装置。
  3. 【請求項3】シール部材には、先端部未加硫部の両側又
    は片側面の全長にわたって逃げ溝部を設けたことを特徴
    とする請求項1記載の燃料電池のガスマニホールドシー
    ル装置。
  4. 【請求項4】フッ素系ゴムからなるシール部材は帯状に
    成型され、両端をスカーフカットしガスマニホールド縁
    部に合うように長方形状に接着成型されていることを特
    徴とする、請求項1記載の燃料電池のガスマニホールド
    シール装置。
  5. 【請求項5】先端部未加硫部の幅寸法を小さくし、対向
    する周辺の含浸部幅を狭くして、セル有効面積が大きく
    なるようにしたことを特徴とする、請求項1記載の燃料
    電池のガスマニホールドシール装置。
JP6051988A 1994-03-23 1994-03-23 燃料電池のガスマニホールドシール装置 Pending JPH07263014A (ja)

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