KR101610352B1 - 연료 전지의 밀봉 구조 - Google Patents

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Abstract

MEA를, 그 두께 방향 양측에 GDL을 통해 배치한 세퍼레이터에 일체로 설치된 개스킷에 의해 사이에 끼우는 밀봉 구조로서, MEA의 변형이나 GDL의 어긋남을 유효하게 방지한다. MEA의 두께 방향 양측에 제 1 GDL, 제 2 GDL 및 세퍼레이터가 순서대로 적층되며, 제 1 GDL 및 제 2 GDL의 외측에서, MEA의 단부를, 그 두께 방향 양측에 위치하는 세퍼레이터에 각각 일체적으로 설치한 고무 또는 고무상 탄성을 가지는 합성 수지 재료로 이루어진 개스킷에 의해 사이에 끼우는 밀봉 구조로서, 제 1 GDL의 단부가, 제 2 GDL의 외주로부터 돌출되는 크기로 형성되며, 개스킷에, 제 1 GDL의 단부를 위치 결정 가능한 동시에 제 2 GDL에 의한 지지 높이와 동일한 높이로 지지 가능한 지지 단부가 형성된다.

Description

연료 전지의 밀봉 구조{FUEL CELL SEALING STRUCTURE}
본 발명은, 연료 전지에 있어서, MEA를, 그 양측에 GDL을 통해 배치한 세퍼레이터에 일체로 설치된 개스킷에 의해 사이에 끼우는 밀봉 구조에 관한 것이다.
연료 전지는, 반응막의 양면에 한 쌍의 전극층을 설치한 MEA(Membrane Electrode Assembly: 막-전극 복합체) 및 그 두께 방향 양측에 적층된 다공질의 제 1 및 제 2 GDL(Gas Diffusion Layer: 가스 확산층)과, 탄소 혹은 금속으로 이루어진 세퍼레이터를 교대로 배치하고 적층하며, 연료 가스 또는 산화 가스를, 상기 제 1 및 제 2 GDL을 통해 MEA로 유통시키는 것이 알려져 있다. 즉 연료 전지는, 물의 전기 분해의 역반응인 전기 화학 반응, 즉 수소와 산소로부터 물을 생성하는 반응에 의해, 전력을 발생하는 것이다.
이러한 종류의 연료 전지에 있어서는, 연료 가스나 산화 가스, 그 반응에 의해 생성된 물이나 잉여의 산화 가스, 냉매 등을 시일할 필요가 있으며, 그 때문에 개스킷이 설치되어 있다. 개스킷은, 고무 또는 고무상 탄성을 가지는 합성 수지 재료로 이루어진 것으로, 세퍼레이터의 표면에 일체로 설치되어, MEA의 표면에 밀착접촉되는 것이 알려져 있다.
도 7은 종래 기술에 따른 연료 전지의 밀봉 구조를 분리 상태로 도시하는 부분 단면도, 도 8은 적층 상태로 도시하는 부분 단면도이다.
도 7에 도시하는 연료 전지는, 반응막(이온 교환막)의 양면에 한 쌍의 전극층을 설치한 MEA(101)의 두께 방향 양측에 제 1 GDL(102, 103), 제 2 GDL(104, 105) 및 세퍼레이터(106, 107)가 순서대로 적층되며, 제 1 GDL(102, 103) 및 제 2 GDL(104, 105)의 외측에서, MEA(101) 또는 이 MEA(101)와 일체인 보강 프레임을, 그 두께 방향 양측에 위치하는 세퍼레이터(106, 107)에 각각 일체적으로 설치한 고무 재료 또는 고무상 탄성을 가지는 합성 수지 재료로 이루어진 개스킷(108, 109)에 의해 사이에 끼우고 있다(예를 들어, 하기 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1 : 일본국 공개특허공보 제2008-34383호
그러나, 상술한 종래의 밀봉 구조에 있어서, 도 8에 도시하는 적층 상태에서는, 개스킷(108, 109)에서의 시일 돌조(108a, 109a; 突條)와 제 1 GDL(102, 103) 및 제 2 GDL(104, 105) 사이에 공간(S)이 형성되기 때문에, 이 공간(S)에서 MEA(101)의 변형을 일으킬 우려가 있으며, 최악의 경우는 MEA(101)의 파손도 염려된다. 게다가, 공간(S)의 존재로 인해, 제 1 GDL(102, 103)의 어긋남도 발생하기 쉬웠다.
본 발명은, 이상과 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 기술적 과제는, MEA를, 그 양측에 GDL을 통해 배치한 세퍼레이터에 일체로 설치된 개스킷에 의해 사이에 끼우는 밀봉 구조로서, MEA의 변형이나 제 1 GDL의 어긋남을 유효하게 방지하는 것에 있다.
상술한 기술적 과제를 유효하게 해결하기 위한 수단으로서, 청구항 1의 발명에 따른 연료 전지의 밀봉 구조는, MEA의 두께 방향 양측에 제 1 GDL, 제 2 GDL 및 세퍼레이터가 순서대로 적층되며, 상기 제 1 GDL 및 제 2 GDL의 외측에서, 상기 MEA 또는 이 MEA와 일체인 보강 프레임을, 그 두께 방향 양측에 위치하는 세퍼레이터에 각각 일체적으로 설치한 고무 또는 고무상 탄성(rubber-like elasticity)을 가지는 합성 수지 재료로 이루어진 개스킷에 의해 사이에 끼우는 밀봉 구조로서, 상기 제 1 GDL의 단부(端部)가, 상기 제 2 GDL의 외주(外周)로부터 돌출되는 크기로 형성되며, 상기 개스킷에, 상기 제 1 GDL의 단부를 위치 결정 가능한 동시에 상기 제 2 GDL에 의한 지지 높이와 대략 동일한 높이로 지지 가능한 지지 단부(段部)가 형성된 것이다.
또한, 청구항 2의 발명에 따른 연료 전지의 밀봉 구조는, 청구항 1에 기재된 구성에 있어서, MEA 또는 보강 프레임의 두께 방향 양측의 개스킷 중, 적어도 일방의 개스킷이, 세퍼레이터에 접합된 평탄한 기부(基部)와, 이 기부로부터 기립하는 시일 돌조(突條)를 가지며, 지지 단부가, 상기 기부와 상기 시일 돌조의 바닥부(bottom portion)에 의해 형성된 것이다.
청구항 3의 발명에 따른 연료 전지의 밀봉 구조는, 청구항 1에 기재된 구성에 있어서, MEA 또는 보강 프레임의 두께 방향 양측의 개스킷 중, 적어도 일방의 개스킷이, 평탄한 시일면을 가지는 것이며, 지지 단부가, 상기 시일면으로부터 제 1 GDL의 두께분 만큼 깊은 단차(段差) 형상으로 형성된 것이다.
청구항 1~3의 발명에 따른 연료 전지의 밀봉 구조에 의하면, 제 2 GDL의 단부로부터 돌출된 제 1 GDL의 단부가, 개스킷에 형성된 지지 단부에 의해 위치 결정되는 동시에, 이 지지 단부 위에 제 2 GDL과 동일 높이로 지지되므로, 개스킷과 제 1 GDL 및 제 2 GDL 사이에, MEA의 변형을 일으키는 공간이 형성되지 않으며, 제 1 GDL의 위치 어긋남을 일으키지도 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 전지의 밀봉 구조의 제 1 형태를 분리 상태로 도시하는 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료 전지의 밀봉 구조의 제 1 형태를 적층 상태로 도시하는 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료 전지의 밀봉 구조의 제 2 형태를 분리 상태로 도시하는 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 연료 전지의 밀봉 구조의 제 2 형태를 적층 상태로 도시하는 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 연료 전지의 밀봉 구조의 제 ３ 형태를 분리 상태로 도시하는 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 연료 전지의 밀봉 구조의 제３ 형태를 적층 상태로 도시하는 부분 단면도이다.
도 7은 종래 기술에 따른 연료 전지의 밀봉 구조를 분리 상태로 도시하는 부분 단면도이다.
도 8은 종래 기술에 따른 연료 전지의 밀봉 구조를 적층 상태로 도시하는 부분 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 연료 전지의 밀봉 구조의 바람직한 실시형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 우선, 도 1은 본 발명에 따른 연료 전지의 밀봉 구조의 제 1 형태를 분리 상태로 도시하는 부분 단면도, 도 2는 적층 상태로 도시하는 부분 단면도이다.
도 1에 있어서, 참조 부호 1은, 반응막의 양면에 한 쌍의 전극층(미도시)을 설치한 구조를 가지는 MEA(Membrane Electrode Assembly: 막-전극 복합체), 참조 부호 2, 3은, 이 MEA(1)의 두께 방향 양측에 적층되는 금속 다공체 또는 탄소 다공체로 이루어진 제 1 GDL, 참조 부호 4, 5는, MEA(1)로부터 보았을 때 제 1 GDL(2, 3)의 외측에 적층되는 금속 다공체 또는 탄소 다공체로 이루어진 제 2 GDL, 참조 부호 6, 7은, MEA(1)로부터 보았을 때 제 2 GDL(4, 5)의 더 외측에 적층되는 금속 또는 탄소로 이루어진 세퍼레이터이다. 덧붙여, 제 1 GDL(2, 3)은 서로 동일한 형상 동일한 크기이고, 제 2 GDL(4, 5)은 서로 동일한 형상 동일한 크기이며, 세퍼레이터(6, 7)는 서로 동일한 형상 동일한 크기이다.
참조 부호 8, 9는, 고무 재료 혹은 고무상 탄성을 가지는 합성 수지 재료, 바람직하게는 에틸렌프로필렌 고무(EPDM), 실리콘 고무(VMQ), 불소 고무(FKM), 퍼플루오로 고무(FFKM) 등에서 선택된 탄성 재료로 이루어진 개스킷으로, 각각 세퍼레이터(6, 7)에 일체적으로 접착되어 있다. 이 개스킷(8, 9)은 서로 동일한 형상 동일한 크기이며, 세퍼레이터(6, 7)에 접합되어, 높이(h)가 제 2 GDL(4, 5)의 두께(t2)와 대략 동일한 평탄한 기부(81, 91)와, 이 기부(81, 91)의 폭방향 중간 위치로부터, 제 1 GDL(2, 3)의 두께(t1)보다 높게 융기한 단면이 산 형상인 시일 돌조(82, 92)를 가진다.
제 1 GDL(2, 3)은, 제 2 GDL(4, 5)의 외주로부터 돌출되는 크기로 형성되어 있으며, MEA(1)는, 제 1 GDL(2, 3)의 외주로부터 돌출되는 크기로 형성되어 있다.
제 1 GDL(2, 3)의 외주로부터 돌출된 MEA(1)의 단부(1a)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 도면에서의 하측의 세퍼레이터(6)에 일체적으로 설치된 개스킷(8)의 시일 돌조(82)와, 도면에서의 상측의 세퍼레이터(7)에 일체적으로 설치된 개스킷(9)의 시일 돌조(92) 사이에 끼워지며, 이에 따라, MEA(1)에 공급되는 연료 가스(수소) 및 산화 가스나, 그 전기 화학 반응에 의해 생성되어 배출되는 물이나 잉여 가스, 냉매 등이 외부로 누설하는 것을 방지하고 있다.
개스킷(8, 9)에는, 내주(內周)측을 향한 기부(81, 91)의 상면과, 시일 돌조(82, 92)의 바닥부에 의해, 지지 단부(8a, 9a)가 형성되어 있다. 시일 돌조(82, 92)에서의 내주측의 바닥부는, 제 1 GDL(2, 3)의 외주 형상과 대략 대응하는 평면 형상을 이루어 연장되어 있으며, 앞서 설명한 바와 같이, 기부(81, 91)의 높이(h)는 제 2 GDL(4, 5)의 두께(t2)와 대략 동일하므로, 지지 단부(8a, 9a)는, 제 2 GDL(4, 5)의 외주로부터 돌출된 제 1 GDL(2, 3)의 단부(2a, 3a)를 위치 결정 가능한 동시에 제 2 GDL(4, 5)에 의한 제 1 GDL(2, 3)의 지지 높이와 동일 높이(h)로 지지 가능하게 되어 있다.
또한, 개스킷(8, 9)에서의 기부(81, 91)의 내주 가장자리는, 제 2 GDL(4, 5)의 외주 형상과 대응하는 평면 형상을 이루어 연장되어 있으며, 제 2 GDL(4, 5)이 상기 기부(81, 91)의 내주에 헐겁게 끼워짐으로써 위치 결정되도록 되어 있다.
상기 구성의 부품군을 하나의 단위(연료 전지 셀)로 하여, 이를 다수 적층하며, 도시하지 않은 볼트·너트로 조여 조립한 상태에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 개스킷(8, 9)의 시일 돌조(82, 92)가 적당하게 압축된 상태에서, MEA(1)의 단부(1a)의 양면에 밀착접촉된다. 또한, 제 2 GDL(4, 5)은, 개스킷(8, 9)의 기부(81, 91)의 내주에 위치 결정되며, 제 2 GDL(4, 5)에 적층된 제 1 GDL(2, 3)은, 제 2 GDL(4, 5)로부터 돌출된 단부(2a, 3a)가 개스킷(8, 9)의 지지 단부(8a, 9a)에 의해 위치 결정되는 동시에, 제 2 GDL(4, 5)에 의한 제 1 GDL(2, 3)의 지지 높이와 대략 동일한 높이로 지지된다. 이 때문에, 제 1 GDL(2, 3) 및 제 2 GDL(4, 5)의 어긋남이 유효하게 방지된다.
특히, 개스킷(8, 9)의 시일 돌조(82, 92)는, 압축에 따른 횡방향으로의 팽창 변형에 의해, 그 바닥부(지지 단부(8a, 9a))가 제 1 GDL(2, 3)의 단부(2a, 3a)에 거의 밀착접촉 끼움결합 상태가 되므로, 개스킷(8, 9)의 시일 돌조(82, 92)와 제 1 GDL(2, 3) 및 제 2 GDL(4, 5) 사이에, MEA(1)의 변형을 허용하는 공간이 형성되지 않고, 게다가 개스킷(8, 9)의 지지 단부(8a, 9a)에 끼움결합된 제 1 GDL(2, 3)의 단부(2a, 3a)에 의해, 시일 돌조(82, 92)의 내주측에서 MEA(1)가 두께 방향 양측으로부터 확실하게 가압된다. 이 때문에, MEA(1)의 변형이나 파손이 유효하게 방지된다.
다음으로, 도 3은 본 발명에 따른 연료 전지의 밀봉 구조의 제 2 형태를 분리 상태로 도시하는 부분 단면도, 도 4는 적층 상태로 도시하는 부분 단면도이다.
이 제 2 형태에 있어서, 상술한 제 1 형태와 상이한 점은, 도면에서의 상측의 세퍼레이터(7)에 일체적으로 설치된 개스킷(9)이, 평탄한 시일면(93)을 가지는 플랫 시일 형상을 이루는 것으로, 지지 단부(9a)가, 상기 시일면(93)으로부터 단차 형상으로 함몰된 형상으로 형성되었다는 점에 있다. 그 외의 부분의 구성은, 도 1 및 도 2에 도시하는 제 1 형태와 동일하다.
상세하게는, 개스킷(9)은, 제 1 GDL(3)의 두께(t1)와 제 2 GDL(5)의 두께(t2)의 합에 상당하는 높이로 형성되어 있으며, MEA(1)의 단부(1a)와 밀착접촉되는 평탄한 시일면(93)은, 개스킷(8)의 시일 돌조(82)의 밀착접촉폭(MEA(1)에 대한 밀착접촉폭)보다 폭이 넓고, 지지 단부(9a)는, 시일면(93)의 내주측에 제 1 GDL(3)의 외주 형상과 대략 대응하는 평면 형상을 이루어 연장되어 있으며, 그 바닥면의 높이(h)는 제 2 GDL(5)의 두께(t2)와 대략 동일하고, 시일면(93)으로부터 제 1 GDL(3)의 두께(t1)에 상당하는 깊이(d)로 형성되어 있다. 이 때문에, 지지 단부(9a)는, 제 2 GDL(5)의 외주로부터 돌출된 제 1 GDL(3)의 단부(3a)를 끼움결합에 의해 위치 결정 가능한 동시에, 제 2 GDL(5)에 의한 제 1 GDL(3)의 지지 높이와 대략 동일한 높이(h)로 지지 가능하게 되어 있다.
이와 같이 구성된 제 2 형태에 있어서, 도 3 및 도 4에 도시하는 부품군을 하나의 단위(연료 전지 셀)로 하여, 이를 다수 적층하며, 도시하지 않은 볼트·너트로 조여 조립한 상태에서는, 개스킷(8)의 시일 돌조(82)와 개스킷(9)의 평탄한 시일면(93)이, MEA(1)의 단부(1a)의 양면에 밀착접촉된다. 여기서, 앞서 설명한 도 1 및 도 2와 같이, 개스킷(8, 9)이 시일 돌조(82, 92)에 의해 MEA(1)의 단부(1a)를 사이에 끼우는 경우, 예컨대 근소하더라도 조립 정밀도에 따른 어긋남(오프셋)이 있으면, 시일 돌조(82, 92)에 의한 면압 극대부의 어긋남에 의해, MEA(1)의 단부(1a)가 굽힘 모멘트를 받아 변형될 우려가 있지만, 제 2 형태에 따르면, 일방의 개스킷(9)의 시일면(93)이 평탄하기 때문에, MEA(1)의 양측의 개스킷(8, 9)에 서로 근소한 어긋남이 있어도, MEA(1)의 단부(1a)에는, 상술한 바와 같은 굽힘 모멘트는 발생하지 않는다.
그리고, 이 형태에서도, 제 2 GDL(4, 5)은, 개스킷(8, 9)의 내주에 위치 결정되며, 제 2 GDL(4, 5) 위에 적층된 제 1 GDL(2, 3)은, 제 2 GDL(4, 5)로부터 돌출된 단부(2a, 3a)가 개스킷(8, 9)의 지지 단부(8a, 9a)에 의해 위치 결정되는 동시에, 제 2 GDL(4, 5)에 의한 제 1 GDL(2, 3)의 지지 높이와 대략 동일한 높이로 지지된다. 이 때문에, 제 1 GDL(2, 3) 및 제 2 GDL(4, 5)의 어긋남이 유효하게 방지된다.
또한, 개스킷(8, 9)의 지지 단부(8a, 9a)가 제 1 GDL(2, 3)의 단부(2a, 3a)에 거의 밀착접촉 끼움결합 상태가 되므로, 개스킷(8, 9)과 제 1 GDL(2, 3) 및 제 2 GDL(4, 5) 사이에, MEA(1)의 변형을 허용하는 공간이 형성되지 않고, 게다가 개스킷(8, 9)의 지지 단부(8a, 9a)에 끼움결합된 제 1 GDL(2, 3)의 단부(2a, 3a)에 의해, MEA(1)가 두께 방향 양측으로부터 확실하게 가압된다. 이 때문에, MEA(1)의 변형이나 파손이 유효하게 방지된다.
다음으로, 도 5는 본 발명에 따른 연료 전지의 밀봉 구조의 제 ３ 형태를 분리 상태로 도시하는 부분 단면도, 도 6은 적층 상태로 도시하는 부분 단면도이다.
이 제３ 형태에 있어서, 상술한 제 1 형태와 상이한 점은, 일방의 개스킷(8)이, 외주측에 제 1 GDL(2)의 두께(t1)와 제 2 GDL(4)의 두께(t2)의 합에 상당하는 높이로 형성된 평탄한 시일면(83)과, 그 내주측의 위치로부터, 제 1 GDL(2)의 두께(t1)보다 높게 융기한 단면이 산 형상인 시일 돌조(82)와, 또한 그 내주측이며, 시일면(83)과 동등한 높이로 형성된 평탄한 가압면(84)을 갖고, 타방의 개스킷(9)이, 내주측에 제 1 GDL(3)의 두께(t1)와 제 2 GDL(5)의 두께(t2)의 합에 상당하는 높이이며 개스킷(8)의 시일 돌조(82) 및 가압면(84)과 대향하는 평탄한 시일면(93)과, 그 외주측의 위치로부터, 제 1 GDL(3)의 두께(t1)보다 높게 융기한 단면이 산 형상인 시일 돌조(92)와, 또한 그 외주측에 있으며 개스킷(8)의 시일면(83)의 외주부와 대향하여, 시일면(93)과 동등한 높이로 형성된 평탄한 가압면(94)을 가지는 점에 있다. 덧붙여, MEA(1), 제 1 GDL(2, 3), 제 2 GDL(4, 5) 및 세퍼레이터(6, 7) 등은, 도 1 및 도 2에 도시한 제 1 형태와 동일하다.
개스킷(8)의 시일면(83)은, 이와 대향하는 개스킷(9)의 시일 돌조(92)의 밀착접촉폭(MEA(1)에 대한 밀착접촉폭)보다 폭이 넓고, 지지 단부(8a)는, 가압면(84)의 내주측으로부터 단차 형상으로 함몰한 형상으로 형성되어 있으며, 제 1 GDL(2)의 외주 형상과 대략 대응하는 평면 형상을 이루어 연장되어 있어, 그 바닥면의 높이(h)는 제 2 GDL(4)의 두께(t2)와 대략 동일하고, 가압면(84)(시일면(83))으로부터 제 1 GDL(2)의 두께(t1)에 상당하는 깊이(d)로 형성되어 있다. 이 때문에, 지지 단부(8a)는, 제 2 GDL(4)의 외주로부터 돌출된 제 1 GDL(2)의 단부(2a)를 끼움결합에 의해 위치 결정 가능한 동시에 제 2 GDL(4)에 의한 제 1 GDL(2)의 지지 높이와 대략 동일한 높이(h)로 지지 가능하게 되어 있다.
마찬가지로, 개스킷(9)의 시일면(93)은, 이와 대향하는 개스킷(8)의 시일 돌조(82)의 밀착접촉폭(MEA(1)에 대한 밀착접촉폭)보다 폭이 넓고, 지지 단부(9a)는, 시일면(93)의 내주측으로부터 단차 형상으로 함몰한 형상으로 형성되어 있으며, 제 1 GDL(3)의 외주 형상과 대략 대응하는 평면 형상을 이루어 연장되어 있어, 그 바닥면의 높이(h)는 제 2 GDL(5)의 두께(t2)와 대략 동일하고, 시일면(93)으로부터 제 1 GDL(3)의 두께(t1)에 상당하는 깊이(d)로 형성되어 있다. 이 때문에, 지지 단부(9a)는, 제 2 GDL(5)의 외주로부터 돌출된 제 1 GDL(3)의 단부(3a)를 끼움결합에 의해 위치 결정 가능한 동시에 제 2 GDL(5)에 의한 제 1 GDL(3)의 지지 높이와 대략 동일한 높이(h)로 지지 가능하게 되어 있다.
덧붙여, 참조 부호 8b, 9b는, 각각 시일 돌조(82, 92)의 압축에 따른 횡방향으로의 팽창 변형을 허용하기 위해 시일 돌조(82, 92)의 바닥부에 형성된 릴리프 홈(clearance grooves)이다.
이와 같이 구성된 제 ３ 형태에 있어서, 도 5 및 도 6에 도시한 부품군을 하나의 단위(연료 전지 셀)로 하여, 이를 다수 적층하며, 도시하지 않은 볼트·너트로 조여 조립한 상태에서는, 서로 대향하는 개스킷(8)의 시일 돌조(82)와 개스킷(9)의 평탄한 시일면(93), 및 그 외주측에서 서로 대향하는 개스킷(9)의 시일 돌조(92)와 개스킷(8)의 평탄한 시일면(83)이, MEA(1)의 단부(1a)의 양면에 밀착접촉된다. 이 때문에, 조립 정밀도에 따른 근소한 어긋남(오프셋)이 있어도, MEA(1)의 단부(1a)가 굽힘 모멘트를 받아 변형될 우려가 없으며, 게다가 복수단의 밀착접촉 시일부가 형성되므로, 뛰어난 밀봉성을 발휘한다.
또한, 이 형태에서도, 제 2 GDL(4, 5)은, 개스킷(8, 9)의 내주에 위치 결정되며, 제 2 GDL(4, 5) 위에 적층된 제 1 GDL(2, 3)은, 제 2 GDL(4, 5)로부터 돌출된 단부(2a, 3a)가 개스킷(8, 9)의 지지 단부(8a, 9a)에 의해 위치 결정되는 동시에, 제 2 GDL(4, 5)에 의한 제 1 GDL(2, 3)의 지지 높이와 대략 동일한 높이로 지지된다. 이 때문에, 제 1 GDL(2, 3) 및 제 2 GDL(4, 5)의 어긋남이 유효하게 방지된다.
또한, 개스킷(8, 9)의 지지 단부(8a, 9a)가 제 1 GDL(2, 3)의 단부(2a, 3a)에 거의 밀착접촉 끼움결합 상태가 되므로, 개스킷(8, 9)과 제 1 GDL(2, 3) 및 제 2 GDL(4, 5) 사이에, MEA(1)의 변형을 허용하는 공간이 형성되지 않으며, 게다가 개스킷(8, 9)의 지지 단부(8a, 9a)에 끼움결합된 제 1 GDL(2, 3)의 단부(2a, 3a)에 의해, MEA(1)가 두께 방향 양측으로부터 확실하게 가압된다. 이 때문에, MEA(1)의 변형이나 파손이 유효하게 방지된다.
또한, 개스킷(8)의 내주측의 가압면(84)과 개스킷(9)의 평탄한 시일면(93) 및 개스킷(9)의 외주측의 가압면(94)과 개스킷(8)의 평탄한 시일면(83)도, MEA(1)의 단부(1a)의 양면에 밀착접촉되기 때문에, 개스킷(8, 9)에 의한 두께 방향의 강성이 높아져, 세퍼레이터(6, 7) 사이의 적층 간격을 고정밀도로 규정할 수 있다.
덧붙여, 상술한 각 형태에 있어서는, 개스킷(8, 9)이 MEA(1)의 양면에 밀착접촉되는 것에 대해 설명하였지만, 본 발명은, MEA(1)의 외주부에 필름 형상의 보강 프레임을 일체로 설치하고, 이 보강 프레임을 개스킷(8, 9)에 의해 사이에 끼우도록 밀착접촉시키는 것에 대해서도 적용할 수 있다.
1 : MEA
2, 3 : 제 1 GDL
4, 5 : 제 2 GDL
6, 7 : 세퍼레이터
8, 9 : 개스킷
8a, 9a : 지지 단부
81, 91 : 기부
82, 92 : 시일 돌조
83, 93 : 시일면
84, 94 : 가압면

Claims (3)

  1. MEA의 두께 방향 양측에 제 1 GDL, 제 2 GDL 및 세퍼레이터가 순서대로 적층되며, 상기 제 1 GDL 및 제 2 GDL의 외측에서, 상기 MEA 또는 상기 MEA와 일체인 보강 프레임을, 그 두께 방향 양측에 위치하는 세퍼레이터에 각각 일체적으로 설치한 고무 또는 고무상 탄성(rubber-like elasticity)을 가지는 합성 수지 재료로 이루어진 개스킷에 의해 사이에 끼우는 밀봉 구조로서, 상기 제 1 GDL의 단부(端部)가, 상기 제 2 GDL의 외주(外周)로부터 돌출되는 크기로 형성되고, 상기 제 2 GDL이 상기 개스킷의 내주(內周)에 위치 결정되며, 상기 제 1 GDL의 단부가, 상기 개스킷에 형성된 지지 단부(段部)에 의해 위치 결정되는 동시에, 상기 지지 단부에 의해 상기 제 1 GDL의 단부가 상기 제 2 GDL에 의한 지지 높이와 동일한 높이로 지지되는 것을 특징으로 하는 연료 전지의 밀봉 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    MEA 또는 보강 프레임의 두께 방향 양측의 개스킷 중, 적어도 일방의 개스킷이, 세퍼레이터에 접합된 평탄한 기부(基部)와, 상기 기부로부터 기립하는 시일 돌조(突條)를 가지며, 지지 단부가, 상기 기부와 상기 시일 돌조의 바닥부에 의해 형성되며, 상기 시일 돌조의 압축에 따른 상기 바닥부의 횡방향으로의 팽창 변형에 의해, 상기 지지 단부가 상기 제 1 GDL의 단부에 밀착접촉 끼움결합되는 것을 특징으로 하는 연료 전지의 밀봉 구조.
  3. 제 1 항에 있어서,
    MEA 또는 보강 프레임의 두께 방향 양측의 개스킷 중, 적어도 일방의 개스킷이, 평탄한 시일면을 가지는 것이며, 지지 단부가, 상기 시일면으로부터 제 1 GDL의 두께분 만큼 깊은 단차(段差) 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 연료 전지의 밀봉 구조.
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