JPS6145570A - 燃料電池のガスシ−ル構造 - Google Patents

燃料電池のガスシ−ル構造

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JPS6145570A
JPS6145570A JP59166072A JP16607284A JPS6145570A JP S6145570 A JPS6145570 A JP S6145570A JP 59166072 A JP59166072 A JP 59166072A JP 16607284 A JP16607284 A JP 16607284A JP S6145570 A JPS6145570 A JP S6145570A
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JP
Japan
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cell stack
manifold
sealing surface
filler
gas seal
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Pending
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JP59166072A
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English (en)
Inventor
Osamu Yamamoto
修 山本
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • H01M8/2485Arrangements for sealing external manifolds; Arrangements for mounting external manifolds around a stack
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】
この発明は、単電池を柱状に積層してなるセルスタック
の周側面に燃料および酸化剤ガス供給用のマニホールド
を装着して構成した燃料電池における前記セルスタック
とマニホールドとの間のガスシール構造に関する。
【従来技術とその問題点】
まず、頭記燃料電池の構成を第4図ないし第6図につい
て説明する。第4図は燃料電池の分解斜視図、第5図は
燃料電池の組立平面図、第6図は従来におけるセルスタ
ックとマニホールドとの間ノカスシール構造の拡大断面
図であり、図において、1は単電池を柱状に積層したセ
ルスタックであり、該セルスタック1の側面には、酸化
剤ガスの給気、排気用のマニホールド2と3がセルスタ
ックの対向する側面に、またこれと直角方向の側面には
燃料ガスの給気、排気用のマニホールド4と5が装着さ
れていおり、各マニホールドを通じて矢印A、Bおよび
C,Dの方向に流れる酸化剤。 燃料ガスがセルスタック1の各単電池に分配供給され、
各華電池内で行われる電気化学反応により電気を発生さ
せる。一方、上記マニホールド2〜5は、それぞれガス
入口管2a、 4aとガス出口管3a。 5a、および周縁部にフランジ6を備えており、前記フ
ランジ6をセルスタックlの周側面にシール部材として
の充填材7を介して密着し、図示されてない締め付は部
材で外部より締め付は装着してセルスタック1とマニホ
ールドとの間のガスシールを行っている。 かかる構成の燃料電池において、運転中にマニホールド
とセルスタックとの間のシール面から反応ガスの而れが
あると、燃料電池の効率低下を来すのみならず、燃料ガ
ス中の水素と酸化剤ガス中の酸素との爆発的反応を誘発
するおそれがある。 このために、セルスタックとマニホールドのフランジと
の間のシール構造には信頼性の高いシール性能が要求さ
れる。 一方、単電池の積層体としてなるセルスタック1の周側
面は、個々の単電池の製作公差およびセルスタックの組
立公差のために、単電池の積層方向に沿って0.1〜0
.3 eta程度の段差がある不連続な凹凸面となって
おり、かかるセルスタックに1に対して装着されるマニ
ホールドのフランジとセルスタックの側面との間に介装
される充填材7には次記のような特性が要求される。 il+締め付は部材を介して与えられる加圧力により、
前記したセルスタック側の不連続凹凸面に充分順応でき
る可撓性を備えていること。 (2)燃料電池に使用される例えばりん酸等の電解質で
腐食を受けないような耐電解質性、および燃料電池の運
転温度に耐える耐熱性を備えていること。 (3)燃料電池の長期運転期間に互る運転、停止の繰り
返しに伴うヒートサイクルにも所定のシール性能が維持
できる耐久性を備えていること。 かかる特性条件をほぼ満足するものとして、従来よりテ
トラフルオロエチレンが知られており、一部で燃料電池
の充填材7として採用されている。 しかしてテトラフルオロエチレンは耐電解質性。 耐熱性に優れた特性を示すが、そのままでは比較的硬り
、マニホールドに加える加圧力を3〜10Kg/cIA
程度にしたのでは前記した不連続の凹凸面を完全に埋め
ることができず、第3図に示すようにセルスタック1の
側面、特にセルスタックの構成要素間の不i!l!続な
段差部分との間に符号Bで示すような隙間が残り、充分
なシール性が得られない。 このためにマニホールドの締め付は部材に加える加圧力
を大にするなどして対処しているが、加圧力を高めるこ
とはそれだけ燃料電池の構造の機械強度を大にしなけれ
ばならずコスト的にも不利である。 このために、充填材7として前記のテトラフルオロエチ
レンにポリオレフィンまたはフルオロカーボンオイル等
の補助剤を添加しかつその含有量を増加して充填材の硬
度を下げる試みもなされている。このようにテトラフル
オロエチレンに補助剤を添加することにより、充填材は
伸展性が増して高い初期シール性能が得られる反面、伸
展性が高いために逆に加圧力により塑性変形を起こして
充填材が破断したり、また別な問題として燃料電池の運
転温度である200 ’C程度の高温ではポリオレフィ
ン、フルオロカーボンオイルが揮発してしまうなど、長
期間に亙り信頼性の高いシール性能が維持できない欠点
がある。
【発明の目的】 この発明は上記の点にかんがみなされたものであり、そ
の目的は上述した従来技術の問題点を屏決して高いシー
ル性と耐久性のあるガスシール構造を提供することにあ
る。 賑兄力V女品ノ 上記目的を達成するために、この発明はセルスタックと
マニホールドとが密着する部分のセルスタック側に耐熱
性、耐電解質性のある塗布剤を塗布して不連続の凹凸面
を連続した平滑面となるようにしてシール面を形成する
とともに、該シール面上にテトラフルオロエチレンのみ
で構成された充填材を装着し、該充填材を前記マニホー
ルドとともに外方からシール面上に圧接してセルスタッ
クとマニホールドとの間のガスシールを行うようにした
ものである。
【発明の実施例】
第1図ないし第3図はこの発明の実施例を示すものであ
り、第1図はセルスタックとともに示したガスシール構
造の縦断面図、第2図、第3図はそれぞれ第1図におけ
る要部の異なる実施例の横断拡大断面図である。なお第
6図と同一部分には同じ符号が付しである。また第1図
において、セルスタック1は、燃料型i io、空気電
極11.電解質を保持したマトリックス層12.および
セパレート仮13とからなる単電池14を上下に+fi
l’l!Iして構成されている。 かかる燃料電池に対し、この発明により、まずセルスタ
ック側の周側面におけるマニホールドのフランジ6が密
着する周縁部に後記する塗布剤を塗布し、セルスタック
1の側面の不連続な凹凸面。 特にセルスタック構成要素間の段差隅部を埋めてできる
だけ平坦となるような連続平滑面のシールH15を形成
する。このシール面15を形成する塗布剤には、試験、
評価の結果から、ダイエルラテックス (商品名)のご
ときフッ素樹脂系ゴムの水性塗料、あるいはパーフルオ
ロビニールエーテルとテトラフルオロエチレンの共重合
体の微粒末を水またはアルコール等に分散した溶液が好
適であることが判明した。これら塗布剤15は溶液であ
るために不連続面、特に先記したセルスタックの構成要
素間に生成した段差の隅部には付着し易く、さらに上塗
りも容易である。塗布剤の塗布後の処理として、上記塗
布剤のうち前者の場合には80〜1000℃にて1〜2
時間の乾燥を行い、また後者の場合には、共重合体樹脂
の融点である307℃以上で数分間保持すれば強固に母
材に付着する。 上記のようにセルスタック側のマニホールドとの間のシ
ール面を形成する箇所に塗布剤を塗布してシール面の下
地処理を施した後に、次ぎにテトラフルオロエチレンの
みで構成された充填材7マ二ホールドとともに装着して
締め付は部材にリセルスタック側のシール面上に圧接す
る。こによりマニホールドに3〜10 Kg/cj程度
の低い圧力を加えるだけで充填材7を塗布剤で形成しか
つ連続平滑面に下地処理されたシール面15へ全に密着
させて充分な気密性を得ることができしかも充填材7は
テトラフルオロエチレンのみ構成されているので、ポリ
オレフィン等の補助を増量添加した従来の充填材と比べ
て熱劣化のそれもない。 次ぎに充填材7をセルスタック側のシール面圧接する好
適なシール構造の実施例を第2図にす、第2図はセルス
タックLを上部よりみたシル構造の断面図であり、マニ
ホールドのフラン6にはその内面にあらかじめ充填材保
持用の凹16が形成されており、この凹溝16を満たす
ようして充填材7が保持されている。また第3図にす実
施例では、マニホールドのフランジ8に装された電気絶
縁物製のフランジ座17に充填打検用の凹溝16が形成
されている。このフランジ庄17はポリテトラフルオロ
エチレン樹脂またはエチレンプロピレン系ゴムが使用さ
れる。このようにマニホールドの7ランジ側に充填材保
持用の凹溝16を形成しておくことにより、充填材7の
装着作業が楽に行えるほか、充填材をシール面へ圧接す
る際に充填材7が加圧力方向と直角方向に伸展して逃げ
るのを良好に防ぐことができる。
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、セルスタックとマ
ニホールドとが密着する部分のセルスタック側に耐熱性
、耐電解質性のある塗布剤を塗布して核部に連続平滑面
となるシール面を形成するとともに、該シール面上にテ
トラフルオロエチレンのみで構成された充填材を装着し
、該充填材を前記マニホールドとともに外方からシール
=上に  −圧接してセルスタックとマニホールドとの
間のガスシールを行うように構成したことにより、気密
性が高く、かつ燃料電池の運転温度の使用条件下でも耐
久性の得られる信幀性の高いガスシール構造を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例に係るガスシール構造部分の
縦断面図、第2図および第3図はそれぞれ異なるガスシ
ール構造の要部を示す拡大横断面図、第4図は燃料電池
全体の分解斜視図、第5図は第4図の組立平面図、第6
図は従来技術によるガスシール構造をセルスタックとと
もに示した縦断面図である0図において、 l:セルスタック、2〜5;マニホールド、6:マニホ
ールドのフランジ、7:充填材、14:JL1i池、1
5:塗布剤で形成されたシール面、16:充填第1図 第2図     第3図 第5図      第1;因 手続補正書(1,J発) 昭和60年1月辿日 特許庁 良 官   」じ  学 殿 1、 事件f) 表示時a昭<G’−z% (s o 
72;(ほか   名) 4、代 理 人 補正の内容 明細書第8頁第14行目にrlooOJとあるをr’1
oOJと訂正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)複数個の単電池を積層してなるセルスタックの周側
    面に燃料および酸化剤ガス供給用のマニホールドを装着
    して構成した燃料電池における前記セルスタックとマニ
    ホールドとの間のガスシール構造であって、セルスタッ
    クとマニホールドとが密着する部分のセルスタック側に
    耐熱性、耐電解質性のある塗布剤を塗布して該部に連続
    平滑面となるシール面を形成するとともに、該シール面
    上にテトラフルオロエチレンのみで構成された充填材を
    装着し、該充填材を前記マニホールドとともに外方から
    シール面上へ圧接してセルスタックとマニホールドとの
    間をガスシールすることを特徴とする燃料電池のガスシ
    ール構造。 2)特許請求の範囲第1項に記載のガスシール構造にお
    いて、塗布剤はエチレンプロピレン系ゴムの水性塗料、
    またはテトラフルオロエチレンの共重合体の分散液であ
    ることを特徴とする燃料電池のガスシール構造。 3)特許請求の範囲第1項に記載のガスシール構造にお
    いて、マニホールドのフランジ面には、充填材を保持す
    る凹溝が形成されていることを特徴とする燃料電池のガ
    スシール構造。
JP59166072A 1984-08-08 1984-08-08 燃料電池のガスシ−ル構造 Pending JPS6145570A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013545236A (ja) * 2010-10-29 2013-12-19 ユーティーシー パワー コーポレイション 燃料電池アッセンブリシール構成

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013545236A (ja) * 2010-10-29 2013-12-19 ユーティーシー パワー コーポレイション 燃料電池アッセンブリシール構成
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