JPS63205060A - 燃料電池 - Google Patents

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】 （発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は燃料電池に係り、特にセルスタックとその外周
面に配置される反応ガス供給、排出用のマニホールドと
の間のシール部の構成を改良した燃料電池に関する。

（従来の技術） 従来、燃料の有しているエネルギーを直接電気エネルギ
ーに変換する装置として燃料電池が知られている。この
燃料電池は通常、電解質を含浸させた電解室層を挟んで
一対の多孔質電極を配置するとともに、一方の電極の背
面に水素等の燃料ガスを接触させ、また他方の電極の背
面に酸素等の酸化剤ガスを接触させ、このときに起こる
電気化学的反応を利用して上記電極間から電気エネルギ
ーを取りだすように構成したものであり、上記燃料ガス
と酸化剤ガスが供給されている限り高い変換効率で電気
エネルギーを取り出すことができるものである。

第３図および第４図は、この種の燃料電池の構成例を縦
断面図および平面図にて夫々示したものであり、また第
５図、第６図は同燃料電池におけるシール部の詳細を部
分断面図にて示したものである０図において１は素電池
であり、この素電池１はマトリックスにリン酸等の電解
液を含浸させた電解質層を挟んで、触媒が付加された炭
素材よりなる一対のリブ付多孔質電極を配置して形成さ
れている。そして、この素電池１の両電極の背面側には
硬質炭素材からなるセパレータ２が配置され、素電池１
とセパレータ２との間に燃料ガスおよび酸化剤ガスの流
路（１ａ）が形成されている。このような素電池１とセ
パレータ２とを組み合せたものを１個の単位電池とし、
このような単位電池が複数個積層されている。そしてそ
の上部、下部に集電板３が配置され、絶縁スペーサ４を
介して締付板５が配置され、締付は金具等により締付け
て角柱状のセルスタック６が構成されている。このセル
スタック６の外周面にはガス流通口が設けられ、その外
周四面には、セルスタック６に取付けるための取付縁部
７が形成され、シールパツキン１０および１１の間にフ
ッ素樹脂板９を挟んで形成されたシール材を介して、反
応ガスを供給および排出するための４個の金属性のマニ
ホールド８が取付けられている。これらのマニホールド
８は、セルスタック６の外周面との間に反応ガス流路を
形成しているものであり、上記シール材はマニホールド
８内の気密性を保持し、さらにセルスタック６とマニホ
ールド８との間を電気的に絶縁して安全性および防食性
を保持するためのものであると共に、セルスタック６と
マニホールド８との熱膨張の差異によりシールパツキン
１０および１１はこれらの間に挟まれたフッ素樹脂板９
の面で摺動するように構成され、セルスタック６やマニ
ホールド８に過大な熱応力が発生しないようにするため
のものである。

一方、燃料電池の運転温度は反応論的に略１７０℃〜２
００℃もの高温に達することから、上記シール材として
は一般にフッ素樹脂系の材料が使用されるが、特にシー
ル部分にセルスタック６とマニホールド８との間の熱膨
張の差異を吸収するために摺動機能が要求されることか
ら、フッ素樹脂板９の両側に配置されるシールパツキン
１０および１１には柔軟性に富みかつ強度の高い繊維状
のフッ素樹脂が用いられる。この材料としては、例えば
商品名でＧＯＲＥ−ＴＥＸ（ジャパンボアテックス＠）
等がある。

（発明が解決しようとする問題点） マニホールド８とシールされなければならないセルスタ
ック６外周面がセルスタック６個々の構成要素を製造す
る際に生じる公差、およびこれらの構成要素を組立てる
際に生じる公差のため１〜３ｍｍ程度の不連続部を有し
ている。したがってこの部分のシール構造はこの程度の
不連続面にも十分に適合し得るものでなければならず２
００℃の温度、においても電池の作動寿命の期間シール
性を保持しなければならない。さらに電池積層体構造の
１Ｖｌｌ素化およびコスト低減のために、シール構造は
低圧縮力にて気密性を維持できること、およびシール部
分の組立処理が容易であることが望ましｂ嵐。

このため従来のシール構造では例えば第６図に示すよう
にフッ素系ゴムの液状塗料１２をセルスタック６の側面
の不連続面に塗布し、さらにこの上から繊維状で柔軟性
のあるフッ素樹脂でなるシールパツキン１０を当ててシ
ールしていた。しかしながらこの構造では、まずフッ素
系ゴムの塗布層はセルスタック面の不連続面の段差をで
きる限りなくするために塗料の塗布乾燥を繰返す必要が
あり、この作業にかなりの時間を要していた。

一方前記フッ素系ゴム塗布層をあまり厚くすると材料の
性質上シールの耐久性が低下するおそれがあるためセル
スタック面を完全に平滑にすることはできない。そこで
シールパツキン１０で前述のフッ素ゴム塗布層１２の凸
凹を吸収しなければならないがこのシールパツキン１０
は長期耐久性に富んでいるものの弾力性に乏しいためス
タック面が平滑でないと均一な締付力が得られないので
シール性を少しでも高める手段としてパツキン１０を幾
層か重ねて厚くして全体締付力を１０ｋｇ／ｃｍ”以上
とするよう高くすることによって凹部の最少締付力を得
るようにしている。さらにフッ素ゴムＭ１２の上から、
フッ素系の塑性変形を容易に起こすパテ状のシール材な
どを詰めてスタック面の段差をなくす方法もあるが材料
構成が複雑になり組立に多くの時間を要するばかりか、
運転時熱サイクルによってシール面からパツキン、シー
ル材がはみ出して反応ガス流路である溝１ａを塞ぎ電池
特性が低下するおそれがあった。

本発明は上述のような従来技術における問題点を解決し
て、シール材を多層にすることなく簡易な構造で低圧締
付力でもセルスタック側面の不連続面の吸収ができ、し
かも、シール施工が容易でかつシール材のはみ出しのな
い安価で信頼性が高く長寿命の燃料電池を提供すること
を目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 電解質を含浸させた電解質層を挟んで一対の多孔質電極
を配置してなる素電池、セパレータ等を複数積層して角
柱状のセルスタックを形成し、このセルスタックの外周
四面に当該セルスタックの外周面との間に反応ガス流路
が形成された反応ガス供給、排出用のマニホールドを配
置し、かつ前記セルスタックの外周面とマニホールドの
周縁部との間に、フッ素樹脂板と繊維状のシールパツキ
ンを組み合わせてシール材として介挿して成る燃料電池
において、 前記フッ素樹脂板の両面に溝を形成し、このフッ素樹脂
板のマニホールド周縁部側の溝にフッ素樹脂系シールパ
ツキンを挿入してマニホールドの周縁部と嵌合させ、ま
たフッ素樹脂系シール材を筒状としその内部に半固体状
又は容易に塑性変形を起こすシリコーン系ゴム又はフッ
素系ゴムを充填したシールパツキンと前記フッ素樹脂板
の他方の溝とを係合させる。

（作　用） 前記溝付フッ素樹脂板とセルスタック外周面との間に係
合させるシールパツキンがマニホールドによって締付け
られるとその内部充填材がセルスタック外周面の不連続
面の度合いに従ってマニホールド周縁方向に流動するこ
とにより、フッ素樹脂板側では均−面が得られかつ係合
面は均一な締付力を得ることができる。

（実施例） 以下、本発明を第１図第２図に示す一実施例について説
明する。なお、第５図第６図と同一部分には同一符号を
付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について
のみ述べる。

第１図は、本発明による燃料電池におけるシール部の構
成例を部分断面図にて示したものである。

つまり第１図は、前記セルスタック６の外周面とマニホ
ールド８に形成された取付縁部７との間に介挿される両
面溝付フッ素樹脂板１３の両面に配置するシールパツキ
ン１１．１４は第５図のものと同材質のものを用い、セ
ルスタック６側のシールパツキン１４は１枚の薄い帯状
材料を折り曲げ、その内側に、半固体状又は容易に塑性
変形を起こすシリコーン系ゴム又はフッ素系ゴム又はそ
れらの混合物からなる充填材１５を内部に包み込みシー
ルパツキン１３の重ね合わせ部をフッ素ゴムで接着し、
セルスタック６の外周面の不連続面をフン系ゴム塗料１
２で処理された面に当てた後マニホールドを締付けてシ
ールパツキン１４をセルスタック６の外周面に密着させ
ることにより形成している。

かかる燃料電池においては第２図に示すように、セルス
タック６の外周面の不連続面の微細なすき間をフッ素ゴ
ム塗料１２で塗布するだけでシールパツキン１４がセル
スタック６の外周面に十分になじませることができる。

すなわちシールパツキン１４の中に均一に充填した充填
材１５はマニホールド周縁部７で押しつけられるとその
周縁方向にそってスタック６の外周凹凸の度合いに合わ
せて流動すると同時にフッ素樹脂板の溝１３ａにも流動
し溝形状に合わせてシールパツキン１４が密着係合する
。

よってマニホールド７の締付力は２〜６ｋｇ／ａｎ”と
低い締付でも最初にセルスタック不連続面の凸に面圧が
集中して徐々に凹に充填材が移行することによって面圧
が均等になり保持することができる。

以上のようにパツキン１４によって充填材１５は包まれ
ているためマニホールド７の周縁部方向とフッ素樹脂板
１３の中央部溝１３ａにだけ流動するのやセルスタック
９の反応ガス流路１ａを塞さぐことなく燃料電池の特性
を長期にわたって維持することができる。また充填材１
５はフッ素樹脂系材料からなるシールパツキン１４によ
って素電池のリン酸から保護されるため耐熱性材料で安
価に入手できるシリコーンゴム系の材料を使用すること
もできる。

さらにセルスタックの不連続面の処理が簡単で、充填材
入りシールパツキンを単独で量産することもできるため
燃料電池の全体組立の大巾な時間短縮を図ることができ
る。

そして、シールパツキン内の充填材の流動によってフッ
素樹脂板に均一な締付力を得ることができかつフッ素樹
脂板の溝に係合してシールパツキンも凸部が形成される
ことによって低圧の締付力でもシール性を十分に高く保
つことができ、マニホールド構造の強化も必要でなく簡
易な構造とすることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、電解質を含浸させ
た電解質層を挟んで一対の多孔質電極を配置してなる素
電池、インタコネクタ等を複数積層して角柱状のセルス
タックを形成し、このセルスタックの外周四面に当該セ
ルスタックの外周面との間に反応ガス流路が形成された
反応ガス供給。

排出用のマニホールドを配置し、かつ上記セルスタック
の外周面とマニホールドの周縁部との間に、フッ素樹脂
板と繊維状のシールパツキンを組合せてシール材として
介挿して成る燃料電池において。

不連続面を有するセルスタック外周面側のシールパツキ
ンの内部に容易に変形または流動する充填材を詰めて形
成するシール材を使用するのでマニホールドを低圧で締
付るだけで十分にシール性の得られる簡易構造のものと
することができ、セルスタック外周面の不連続面の処理
が簡単でシール材のはみ出しのない構造が簡素化された
シール施工の容易かつ安価でシール性能の高い、長寿命
の燃料電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す部分横断面図第２図は
本発明の一実施例を示す部分縦断面図、第３図および第
４図は燃料電池の構成を夫々示す縦断面図および平面図
、第５図は第３図および第４図における燃料電池のシー
ル部の詳細を示す部分横断面図である。第６図は同部分
縦断面図である。 １・・・素電池、　　　　　　　ｌａ・・・溝、２・・
・セパレータ、　　　　３・・・集電板。 ４・・・絶縁スペーサ、　　　５・・・締付板、６・・
・セルスタック、　　　　７・・・取付縁部、８・・・
マニホールド、　　　　９・・・フッ素樹脂板、１４・
・・シールパツキン、 １２・・・フッ素ゴム系塗料、 １３・・・フッ素樹脂板、１３ａ・・・溝。 １５・・・充填材、 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文 第１図 Ｌ 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電解質を含浸させた電解室層を挟んで一対の多孔質電極
   を配置してなる素電池、セパレータ等を複数積層して角
   柱状のセルスタックを形成し、このセルスタックの外周
   四面にセルスタックの外周面との間に反応ガス流路が形
   成された反応ガス供給、排出用のマニホールドを配置し
   、かつ前記セルスタックの外周面とマニホールドの周縁
   部との間にフッ素樹脂板と繊維状のシールパッキンを組
   み合わせてシール材として介挿して成る燃料電池におい
   て、前記フッ素樹脂板の両面に溝を形成し、このフッ素
   樹脂板のマニホールド周縁部側の溝にフッ素樹脂系シー
   ルパッキンを挿入し、マニホールドの周縁部と嵌合させ
   、また、フッ素樹脂系シール材を筒状とし、その内部に
   半固体状または容易に塑性変形を起こすシリコーンゴム
   またはフッ素ゴムを充てんしたシールパッキンと前記フ
   ッ素樹脂板の他方の溝とを係合させたことを特徴とする
   燃料電池。