JP7075320B2 - Fuel cell gasket - Google Patents
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Description
本発明は、シール技術に係る燃料電池用ガスケットに関する。 The present invention relates to a fuel cell gasket according to a sealing technique.
燃料電池に用いられるスタックでは、セパレータを備える発電セルが複数積層されている。発電セル内部の反応面では、電極を挟んでアノードおよびカソード間で燃料や冷却水を流している。そのためアノードおよびカソード間において、水素、酸素、冷却水をシールする必要がある。 In the stack used for the fuel cell, a plurality of power generation cells provided with a separator are stacked. On the reaction surface inside the power generation cell, fuel and cooling water flow between the anode and the cathode with the electrodes sandwiched between them. Therefore, it is necessary to seal hydrogen, oxygen and cooling water between the anode and the cathode.
アノードおよびカソード間のシールは、面圧（シール面圧）を発生させる必要があるため、図１４（Ａ）に示すようにリップ状シール１２，２２を備えるアノード側ガスケット１１およびカソード側ガスケット２１を装着することでシール機能を満たしている。
Since the seal between the anode and the cathode needs to generate a surface pressure (seal surface pressure), the
しかしながらこの構成では、図１４（Ｂ）に示すようにアノードおよびカソード間でガスケット１１，２１同士に平面上の位置ずれａが発生した場合に、面圧が発生しないことによりシール機能を果たさなくなることや、電解質膜５１を大きく変形させることが懸念される。
However, in this configuration, as shown in FIG. 14B, when the
この問題を解決するため、図１５に示すようにアノード側ガスケット１１およびカソード側ガスケット２１のうち何れか一方（図ではカソード側ガスケット２１）をリップ状シール２２を備えるリップタイプのガスケットではなくフラット状シール２３を備えるフラットタイプのガスケットにすることが提案されている。この構成によれば、リップ状シール１２に対し幅広のフラット状シール２３が対向するため、ガスケット１１，２１同士に位置ずれが発生しても面圧を発生させることができる。
In order to solve this problem, as shown in FIG. 15, one of the
しかしながらこの構成では、フラットタイプにしたガスケット２１の電解質膜５１に対する接触面積が増大するため、面圧が分散し、必要なピーク面圧が確保されず、シール機能が低下することが懸念される。
However, in this configuration, since the contact area of the
この問題を解決するため、図１６（Ａ）（Ｂ）に示すように、アノード側ガスケット１１およびカソード側ガスケット２１をそれぞれリップ状シール１２，２２およびフラット状シール１３，２３を一体に備える形状とすることが提案されている。この構成によれば、面圧が多少分散することがあってもリップ状シール１２，２２が複数設けられているため、各リップ状シール１２，２２においてそれぞれシール機能を果たすことができる。
In order to solve this problem, as shown in FIGS. 16A and 16B, the anode-
しかしながらこの構成には、更に以下の点で改良の余地がある。 However, there is room for improvement in this configuration in the following points.
すなわち、ガスケット１１，２１については、その高さの寸法公差を考慮する必要がある。フラット状シール１３，２３の高さが大きいと、スタック組立て時にガスケット１１，２１が極端な高圧縮状態となるため、ガスケット１１，２１に大きな反力が発生する。したがって、この大きな反力を受けて電解質膜５１に変形や破損が発生することが懸念される。
That is, it is necessary to consider the dimensional tolerance of the heights of the
本発明は、スタック組立て時に高圧縮状態となりにくく、よって大きな反力が発生せず反力を低減させることができる燃料電池用ガスケットを提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a gasket for a fuel cell, which is unlikely to be in a highly compressed state during stack assembly, and thus does not generate a large reaction force and can reduce the reaction force.
上記課題を解決するため、本発明の燃料電池用ガスケットは、電解質膜もしくは前記電解質膜を保持する枠体とその厚み方向両側に配置される一対のセパレータとの間をシールする燃料電池用ガスケットであって、一方の前記セパレータに保持され、前記電解質膜もしくは枠体の一方の面に接触するアノード側ガスケットと、他方の前記セパレータに保持され、前記電解質膜もしくは枠体の他方の面に接触するカソード側ガスケットとを備え、前記アノード側ガスケットおよび前記カソード側ガスケットはそれぞれリップ状シールおよびフラット状シールを一体に備え、前記アノード側ガスケットのリップ状シールは、前記カソード側ガスケットのフラット状シールと平面上重なる位置に配置され、前記カソード側ガスケットのリップ状シールは、前記アノード側ガスケットのフラット状シールと平面上重なる位置に配置され、前記アノード側ガスケットのフラット状シールの平面上および／または前記カソード側ガスケットのフラット状シールの平面上に、くぼみを設けたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the fuel cell gasket of the present invention is a fuel cell gasket that seals between the anode film or the frame holding the anode film and a pair of separators arranged on both sides in the thickness direction thereof. The anode-side gasket, which is held by one of the separators and contacts one surface of the electrolyte membrane or the frame, and is held by the other separator and contacts the other surface of the electrolyte membrane or the frame. The anode side gasket and the cathode side gasket are integrally provided with a lip-shaped seal and a flat-shaped seal, respectively, and the lip-shaped seal of the anode-side gasket is flat with the flat-shaped seal of the cathode-side gasket. The lip-shaped seal of the cathode side gasket is arranged in a position where it overlaps with the flat seal of the anode side gasket in a plane, and is arranged in a position where the flat seal of the anode side gasket overlaps in a plane and / or the cathode. It is characterized in that a recess is provided on the flat surface of the flat seal of the side gasket.
また、実施の態様として、上記記載の燃料電池用ガスケットにおいて、前記くぼみは、その断面形状におけるアール寸法が前記リップ状シール先端のアール寸法よりも小さく形成されていることを特徴とする。 Further, as an embodiment, in the above-described fuel cell gasket, the recess is characterized in that the radius dimension in the cross-sectional shape is smaller than the radius dimension of the tip of the lip-shaped seal.
また、実施の態様として、上記記載の燃料電池用ガスケットにおいて、前記アノード側ガスケットのフラット状シールの平面上および／または前記カソード側ガスケットのフラット状シールの平面上に、シール幅方向に一対の突起が設けられていることを特徴とする。 Further, as an embodiment, in the above-described fuel cell gasket, a pair of protrusions in the seal width direction on the flat surface of the flat seal of the anode side gasket and / or on the flat surface of the flat seal of the cathode side gasket. Is provided.
また、実施の態様として、上記記載の燃料電池用ガスケットにおいて、前記アノード側ガスケットのフラット状シールの平面上および／または前記カソード側ガスケットのフラット状シールの平面上に、シール幅方向に一対の突起が設けられ、前記一対の突起の間に前記くぼみが設けられていることを特徴とする。 Further, as an embodiment, in the above-described fuel cell gasket, a pair of protrusions in the seal width direction on the flat surface of the flat seal of the anode side gasket and / or on the flat surface of the flat seal of the cathode side gasket. Is provided, and the recess is provided between the pair of protrusions.
また、実施の態様として、上記記載の燃料電池用ガスケットにおいて、前記くぼみの底面に凸部または凹部が設けられていることを特徴とする。 Further, as an embodiment, the fuel cell gasket described above is characterized in that a convex portion or a concave portion is provided on the bottom surface of the recess.
また、実施の態様として、上記記載の燃料電池用ガスケットにおいて、前記くぼみの底面に、シール幅方向に傾斜する傾斜面が設けられていることを特徴とする。 Further, as an embodiment, the fuel cell gasket described above is characterized in that an inclined surface inclined in the seal width direction is provided on the bottom surface of the recess.
また、実施の態様として、上記記載の燃料電池用ガスケットにおいて、前記一対の突起のうちの一方の突起の高さ寸法が他方の突起の高さ寸法よりも大きく形成されていることを特徴とする。 Further, as an embodiment, in the above-described fuel cell gasket, the height dimension of one of the pair of protrusions is formed to be larger than the height dimension of the other protrusion. ..
更にまた、上記課題を解決するため、本発明のガスケットは、電解質膜もしくは前記電解質膜を保持する枠体とその厚み方向両側に配置される一対のセパレータとの間をシールする燃料電池用ガスケットであって、一方の前記セパレータに保持され、前記電解質膜もしくは枠体の一方の面に接触するアノード側ガスケットと、他方の前記セパレータに保持され、前記電解質膜もしくは枠体の他方の面に接触するカソード側ガスケットとを備え、前記アノード側ガスケットおよび前記カソード側ガスケットはそれぞれリップ状シールおよびフラット状シールを一体に備え、前記アノード側ガスケットのリップ状シールは、前記カソード側ガスケットのフラット状シールの立ち上がり面、または前記フラット状シールおよびリップ状シール間の溝と平面上重なる位置に配置され、前記カソード側ガスケットのリップ状シールは、前記アノード側ガスケットのフラット状シールの立ち上がり面、または前記フラット状シールおよびリップ状シール間の溝と平面上重なる位置に配置されていることを特徴とする。 Furthermore, in order to solve the above problems, the gasket of the present invention is a gasket for a fuel cell that seals between an electrolyte membrane or a frame holding the electrolyte membrane and a pair of separators arranged on both sides in the thickness direction thereof. An anode-side gasket that is held by one of the separators and contacts one surface of the electrolyte membrane or frame, and is held by the other separator and contacts the other surface of the electrolyte membrane or frame. The anode side gasket and the cathode side gasket are integrally provided with a lip-shaped seal and a flat-shaped seal, respectively, and the lip-shaped seal of the anode-side gasket is a rising edge of the flat-shaped seal of the cathode-side gasket. The lip-shaped seal of the cathode-side gasket is located on the surface or at a position overlapping the groove between the flat-shaped seal and the lip-shaped seal on a plane, and the lip-shaped seal of the cathode-side gasket is the rising surface of the flat-shaped seal of the anode-side gasket or the flat-shaped seal. It is characterized in that it is arranged so as to overlap the groove between the lip-shaped seals on a plane.
本発明では上記構成により、くぼみが設けられていない場合と比較して、スタック組立て時ガスケットに圧縮荷重が入力したときにガスケットが弾性変形しやすくなり高圧縮状態となりにくい。したがってガスケットに大きな反力が発生せず、反力を低減させることができる。 In the present invention, as compared with the case where the recess is not provided, the gasket is more likely to be elastically deformed when a compressive load is applied to the gasket during stack assembly, and it is less likely to be in a high compression state. Therefore, a large reaction force is not generated in the gasket, and the reaction force can be reduced.
また、このように反力の低減が実現されると、フラット状シールの高さを或る程度大きく設定することが許容される。したがってフラット状シールの高さが不足して反対側のリップ状シールに面圧が発生しないと云った事態が発生するのを回避することができ、よってシール性を確保することが可能とされる。 Further, when the reaction force is reduced in this way, it is permissible to set the height of the flat seal to a certain degree. Therefore, it is possible to avoid a situation in which the height of the flat-shaped seal is insufficient and no surface pressure is generated on the lip-shaped seal on the opposite side, and thus it is possible to secure the sealing property. ..
また、本発明では上記構成により、リップ状シールがフラット状シールのフラット状シール面と平面上重なる位置に配置されている場合と比較して、スタック組立て時ガスケットに圧縮荷重が入力したときにリップ状シールがフラット状シールによって潰されにくくなり高圧縮状態となりにくい。したがってガスケットに大きな反力が発生せず、反力を低減させることができる。 Further, in the present invention, according to the above configuration, as compared with the case where the lip-shaped seal is arranged at a position where it overlaps the flat-shaped sealing surface of the flat-shaped seal on a plane, when a compressive load is applied to the gasket during stack assembly, the lip-shaped seal is lipped. The flat seal makes it difficult for the shape seal to be crushed and becomes highly compressed. Therefore, a large reaction force is not generated in the gasket, and the reaction force can be reduced.
また、このように反力の低減が実現されると、フラット状シールの高さを或る程度大きく設定することが許容される。したがってフラット状シールの高さが不足して反対側のリップ状シールに面圧が発生しないと云った事態が発生するのを回避することができ、よってシール性を確保することが可能とされる。 Further, when the reaction force is reduced in this way, it is permissible to set the height of the flat seal to a certain degree. Therefore, it is possible to avoid a situation in which the height of the flat-shaped seal is insufficient and no surface pressure is generated on the lip-shaped seal on the opposite side, and thus it is possible to secure the sealing property. ..
第１実施の形態・・・・
図１に示すように、実施の形態に係るガスケットは、燃料電池用ガスケットとして用いられる。燃料電池用ガスケットは、電解質膜５１もしくはこれを保持する枠体（図示せず）とその厚み方向両側に配置された一対のセパレータ３１，４１との間でシール機能を発揮し、セル内部Ｉの水素、酸素もしくは冷却水などの密封流体がセル外部Ｏへ漏洩しないようにこの密封流体をシールする。
First embodiment ...
As shown in FIG. 1, the gasket according to the embodiment is used as a gasket for a fuel cell. The fuel cell gasket exerts a sealing function between the
燃料電池用ガスケットは、一方のセパレータ３１に接着され保持されるとともに電解質膜５１もしくは枠体の一方の面５１ａに接触するアノード側ガスケット１１と、他方のセパレータ４１に接着され保持されるとともに電解質膜５１もしくは枠体の他方の面５１ｂに接触するカソード側ガスケット２１との組み合わせにより構成されている。ガスケット１１，２１はセル反応面の周りやセルマニホールドの周りなどに配置されている。ガスケット１１，２１は所定のゴム状弾性体によって形成されている。
The fuel cell gasket is adhered and held to one
アノード側ガスケット１１は、断面山形のシールリップを設けたリップ状シール（リップ部）１２と、そのセル外部Ｏ側に配置され、フラット状シール面（フラット面）を設けたフラット状シール（フラット部）１３とを一体に備え、これらのリップ状シール１２およびフラット状シール１３がガスケット幅方向に溝１５を挟んで並んだ形状とされている。リップ状シール１２はフラット状シール１３よりも高さ寸法を大きく形成されている。
The
カソード側ガスケット２１は、フラット状シール面（フラット面）を設けたフラット状シール（フラット部）２３と、そのセル外部Ｏ側に配置され、断面山形のシールリップを設けたリップ状シール（リップ部）２２とを一体に備え、これらのフラット状シール２３およびリップ状シール２２がガスケット幅方向に溝２５を挟んで並んだ形状とされている。リップ状シール２２はフラット状シール２３よりも高さ寸法を大きく形成されている。
The
アノード側ガスケット１１のリップ状シール１２は、カソード側ガスケット２１のフラット状シール２３と平面上重なる位置に配置されている。
The lip-shaped
カソード側ガスケット２１のリップ状シール２２は、アノード側ガスケット１１のフラット状シール１３と平面上重なる位置に配置されている。
The lip-shaped
したがって、両ガスケット１１，２１に平面上の位置ずれが発生しても、アノード側ガスケット１１のリップ状シール１２とカソード側ガスケット２１のフラット状シール２３が依然、平面上重なる位置に配置され、カソード側ガスケット２１のリップ状シール２２とアノード側ガスケット１１のフラット状シール１３も依然、平面上重なる位置に配置されるので、所定の面圧を発生させることが可能とされている。
Therefore, even if the
また、当該実施の形態に係るガスケットでは上記構成に加えて、アノード側ガスケット１１のフラット状シール１３の平面上およびカソード側ガスケット２１のフラット状シール２３の平面上にそれぞれ、くぼみ１４，２４が設けられている。
Further, in the gasket according to the embodiment, in addition to the above configuration, recesses 14 and 24 are provided on the flat surface of the
くぼみ１４，２４は、ガスケット１１，２１の長手方向（図では紙面直交方向）に延びる溝状に形成されており、図示するように複数（例えば２本）の溝が互いに平行に形成されている。
The
また、くぼみ１４，２４は、断面円弧形に形成され、その断面形状におけるアール寸法がリップ状シール１２，２２先端のアール寸法よりも小さく形成されている。
Further, the
上記構成を備える燃料電池用ガスケットにおいては、アノード側ガスケット１１およびカソード側ガスケット２１においてそれぞれフラット状シール１３，２３の平面上にくぼみ１４，２４が設けられているため、このくぼみ１４，２４がガスケット弾性変形時におけるゴム材料の逃げ空間として作用する。したがって、くぼみ１４，２４が設けられていない場合と比較して、スタック組立て時ガスケット１１，２１に圧縮荷重が入力したときにガスケット１１，２１が弾性変形しやすくなり、高圧縮状態となりにくい。したがってガスケット１１，２１に大きな反力が発生せず、反力を低減させることができる。比較試験の結果としては図２のグラフ図に示すように、くぼみ１４，２４が設けられていない場合（比較例）と比較して、反力が３０％ほど減少することが確認されている。
In the fuel cell gasket having the above configuration, the
また、上記したように反力の低減（低反力）が実現されると、フラット状シール１３，２３の高さ寸法を或る程度大きく設定することが許容される。したがってフラット状シール１３，２３の高さ寸法が不足して反対側のリップ状シール１２，２２に面圧が発生しないと云った事態が発生するのを未然に回避することができ、よってガスケット全体としてのシール性を確保することができる。
Further, when the reaction force is reduced (low reaction force) as described above, it is permissible to set the height dimension of the
また、くぼみ１４，２４が断面円弧形に形成され、その断面形状におけるアール寸法がリップ状シール１２，２２先端のアール寸法よりも小さく形成されているため、くぼみ１４，２４とリップ状シール１２，２２先端が同一平面上で対向する状況でも、リップ状シール１２，２２先端による押圧荷重がくぼみ１４，２４によってすべて吸収されることがない。したがって、くぼみ１４，２４とリップ状シール１２，２２先端が同一平面上で対向する状況となっても、面圧を発生させることができる。
Further, since the
尚、当該実施の形態では、くぼみ１４，２４がアノード側ガスケット１１およびカソード側ガスケット２１の双方に設けられているが、くぼみ１４，２４はアノード側ガスケット１１およびカソード側ガスケット２１のうちの何れか一方のみに設けられても良い。
In the embodiment, the
平面上にくぼみ１４，２４を備えるフラット状シール１３，２３としては、以下のような形状であっても良い。
The flat seals 13, 23 having
第２実施の形態・・・・
図３に示す例では、フラット状シール１３，２３の平面上、シール幅方向の両端に位置してそれぞれ突起１６，１７，２６，２７が設けられている。また、フラット状シール１３，２３の平面上、シール幅方向の両端に位置してそれぞれ突起１６，１７，２６，２７が設けられ、この一対の突起１６，１７，２６，２７の間にくぼみ１４，２４が設けられている。
Second embodiment ...
In the example shown in FIG. 3,
突起１６，１７，２６，２７は、ガスケット１１，２１の長手方向に延びる突条として形成されている。突起１６，１７，２６，２７の断面形状は円弧形とされ、電解質膜５１もしくは枠体に対し幅狭な範囲で接触することが可能とされている。シール幅方向の一方に設けられた突起１６，２６とシール幅方向の他方に設けられた突起１７，２７は高さ寸法を同等に形成されている。
The
くぼみ１４，２４は、ガスケット１１，２１の長手方向に延びる溝として形成されている。くぼみ１４，２４はフラット状の底面１４ａ，２４ａを備え、このフラット状底面１４ａ，２４ａの幅はリップ状シール１２，２２先端の幅よりも十分に大きく形成されている。
The
尚、この例では、突起１６，１７，２６，２７、または突起１６，１７，２６，２７およびくぼみ１４，２４がアノード側ガスケット１１およびカソード側ガスケット２１の双方に設けられているが、突起１６，１７，２６，２７およびくぼみ１４，２４はアノード側ガスケット１１およびカソード側ガスケット２１のうちの何れか一方のみに設けられても良い。
In this example, the
第３実施の形態・・・・
図４に示す例では、図３の例と同じく、フラット状シール１３，２３の平面上、シール幅方向の両端に位置してそれぞれ突起１６，１７，２６，２７が設けられ、この一対の突起１６，１７，２６，２７の間にくぼみ１４，２４が設けられている。
Third embodiment ...
In the example shown in FIG. 4,
突起１６，１７，２６，２７は、ガスケット１１，２１の長手方向に延びる突条として形成されている。突起１６，１７，２６，２７の断面形状は円弧形とされ、電解質膜５１もしくは枠体に対し幅狭な範囲で接触することが可能とされている。シール幅方向の一方に設けられた突起１６，２６とシール幅方向の他方に設けられた突起１７，２７は高さ寸法を同等に形成されている。
The
くぼみ１４，２４は、ガスケット１１，２１の長手方向に延びる溝として形成されている。くぼみ１４，２４はフラット状の底面１４ａ，２４ａを備え、このフラット状底面１４ａ，２４ａの幅はリップ状シール１２，２２先端の幅よりも十分に大きく形成されている。
The
また、カソード側ガスケット２１のフラット状シール２３におけるくぼみ２４の底面２４ａに、セル組み立て時に発生する反力の大きさを調節するため、凸部２８が設けられている。
Further, a
凸部２８は、ガスケット２１の長手方向に延びる突条として形成されている。凸部２８の高さ寸法は突起２６，２７の高さ寸法と同等とされている。凸部２８の断面形状は突起２６，２７と同様、円弧形とされ、電解質膜５１もしくは枠体に対し幅狭な範囲で接触することが可能とされている。凸部２８はくぼみ２４の底面２４ａの幅方向中央に設けられており、また、アノード側ガスケット１１のリップ状シール１２先端と平面上重なる位置に設けられている。
The
尚、この例では、凸部２８がカソード側ガスケット２１のみに設けられているが、凸部２８はアノード側ガスケット１１のみに設けられても良く、また、アノード側ガスケット１１およびカソード側ガスケット２１の双方に設けられても良い。
In this example, the
第４実施の形態・・・・
図５に示す例では、図３の例と同じく、フラット状シール１３，２３の平面上、シール幅方向の両端に位置してそれぞれ突起１６，１７，２６，２７が設けられ、この一対の突起１６，１７，２６，２７の間にくぼみ１４，２４が設けられている。
Fourth Embodiment ...
In the example shown in FIG. 5, as in the example of FIG. 3,
突起１６，１７，２６，２７は、ガスケット１１，２１の長手方向に延びる突条として形成されている。突起１６，１７，２６，２７の断面形状は円弧形とされ、電解質膜５１もしくは枠体に対し幅狭な範囲で接触することが可能とされている。シール幅方向の一方に設けられた突起１６，２６とシール幅方向の他方に設けられた突起１７，２７は高さ寸法を同等に形成されている。
The
くぼみ１４，２４は、ガスケット１１，２１の長手方向に延びる溝として形成されている。くぼみ１４，２４はフラット状の底面１４ａ，２４ａを備え、このフラット状底面１４ａ，２４ａの幅はリップ状シール１２，２２先端の幅よりも十分に大きく形成されている。
The
また、アノード側ガスケット１１のフラット状シール１３におけるくぼみ１４の底面１４ａおよびカソード側ガスケット２１のフラット状シール２３におけるくぼみ２４の底面２４ａにそれぞれ、セル組み立て時に発生する反力の大きさを調節するため、凹部１９，２９が設けられている。
Further, in order to adjust the magnitude of the reaction force generated during cell assembly in the
凹部１９，２９は、ガスケット１１，２１の長手方向に延びる溝として形成されている。凹部１９，２９の断面形状は円弧形とされている。アノード側の凹部１９はくぼみ１４の底面１４ａの幅方向中央に設けられ、また、カソード側ガスケット２１のリップ状シール２２先端と平面上重なる位置に設けられている。カソード側の凹部２９はくぼみ２４の底面２４ａの幅方向中央に設けられ、また、アノード側ガスケット１１のリップ状シール１２先端と平面上重なる位置に設けられている。
The
尚、この例では、凹部１９，２９がアノード側ガスケット１１およびカソード側ガスケット２１の双方に設けられているが、凹部１９，２９はアノード側ガスケット１１およびカソード側ガスケット２１のうちの何れか一方のみに設けられても良い。
In this example, the
第５実施の形態・・・・
図６に示す例では、図３の例と同じく、フラット状シール１３，２３の平面上、シール幅方向の両端に位置してそれぞれ突起１６，１７，２６，２７が設けられ、この一対の突起１６，１７，２６，２７の間にくぼみ１４，２４が設けられている。
Fifth embodiment ...
In the example shown in FIG. 6,
突起１６，１７，２６，２７は、ガスケット１１，２１の長手方向に延びる突条として形成されている。突起１６，１７，２６，２７の断面形状は円弧形とされ、電解質膜５１もしくは枠体に対し幅狭な範囲で接触することが可能とされている。シール幅方向の一方に設けられた突起１６，２６とシール幅方向の他方に設けられた突起１７，２７は高さ寸法を同等に形成されている。
The
くぼみ１４，２４は、ガスケット１１，２１の長手方向に延びる溝として形成されている。
The
くぼみ１４，２４の底面１４ａ，２４ａは、セル組み立て時に発生する反力の大きさを調節するため、シール幅方向に対称的な断面Ｖ字形とされ、ここにリップ状シール１２，２２から遠ざかるに従ってくぼみ１４，２４の深さを徐々に大きくする向きに傾斜する傾斜面２０Ａ，３０Ａと、リップ状シール１２，２２から遠ざかるに従ってくぼみ１４，２４の深さを徐々に小さくする向きに傾斜する傾斜面２０Ｂ，３０Ｂとが並んで設けられている。断面Ｖ字形をなす底面１４ａ，２４ａの幅はリップ状シール１２，２２先端の幅よりも十分に大きく形成されている。
The bottom surfaces 14a and 24a of the
断面Ｖ字の底部すなわちくぼみ１４，２４の最深部は、くぼみ１４，２４の幅方向中央に配置され、また、対応するリップ状シール１２，２２先端と平面上重なる位置に配置されている。
The bottom of the V-shaped cross section, that is, the deepest portion of the
尚、この例では、傾斜面２０Ａ，３０Ａ、２０Ｂ，３０Ｂがアノード側ガスケット１１およびカソード側ガスケット２１の双方に設けられているが、傾斜面２０Ａ，３０Ａ、２０Ｂ，３０Ｂはアノード側ガスケット１１およびカソード側ガスケット２１のうちの何れか一方のみに設けられても良い。
In this example, the
第６実施の形態・・・・
図７に示す例では、図３の例と同じく、フラット状シール１３，２３の平面上、シール幅方向の両端に位置してそれぞれ突起１６，１７，２６，２７が設けられ、この一対の突起１６，１７，２６，２７の間にくぼみ１４，２４が設けられている。
6th Embodiment ...
In the example shown in FIG. 7,
突起１６，１７，２６，２７は、ガスケット１１，２１の長手方向に延びる突条として形成されている。突起１６，１７，２６，２７の断面形状は円弧形とされ、電解質膜５１もしくは枠体に対し幅狭な範囲で接触することが可能とされている。シール幅方向の一方に設けられた突起１６，２６とシール幅方向の他方に設けられた突起１７，２７は高さ寸法を同等に形成されている。
The
くぼみ１４，２４は、ガスケット１１，２１の長手方向に延びる溝として形成されている。
The
くぼみ１４，２４の底面１４ａ，２４ａは、セル組み立て時に発生する反力の大きさを調節するため、シール幅方向に非対称な断面Ｖ字形とされ、ここにリップ状シール１２，２２から遠ざかるに従ってくぼみ１４，２４の深さを徐々に大きくする向きに傾斜する傾斜面２０Ａ，３０Ａと、リップ状シール１２，２２から遠ざかるに従ってくぼみ１４，２４の深さを徐々に小さくする向きに傾斜する傾斜面２０Ｂ，３０Ｂとが並んで設けられている。断面Ｖ字形をなす底面１４ａ，２４ａの幅はリップ状シール１２，２２先端の幅よりも十分に大きく形成されている。
The bottom surfaces 14a and 24a of the
断面Ｖ字の底部すなわちくぼみ１４，２４の最深部はくぼみ１４，２４の幅方向中央よりもリップ状シール１２，２２側に片寄った位置に配置され、またこれに伴い、対応するリップ状シール１２，２２先端と平面上ずれた位置に配置されている。
The bottom of the V-shaped cross section, that is, the deepest part of the
尚、この例では、傾斜面２０Ａ，３０Ａ、２０Ｂ，３０Ｂがアノード側ガスケット１１およびカソード側ガスケット２１の双方に設けられているが、傾斜面２０Ａ，３０Ａ、２０Ｂ，３０Ｂはアノード側ガスケット１１およびカソード側ガスケット２１のうちの何れか一方のみに設けられても良い。
In this example, the
第７実施の形態・・・・
図８に示す例では、図３の例と同じく、フラット状シール１３，２３の平面上、シール幅方向の両端に位置してそれぞれ突起１６，１７，２６，２７が設けられ、この一対の突起１６，１７，２６，２７の間にくぼみ１４，２４が設けられている。
7th Embodiment ...
In the example shown in FIG. 8,
突起１６，１７，２６，２７は、ガスケット１１，２１の長手方向に延びる突条として形成されている。突起１６，１７，２６，２７の断面形状は円弧形とされ、電解質膜５１もしくは枠体に対し幅狭な範囲で接触することが可能とされている。
The
くぼみ１４，２４は、ガスケット１１，２１の長手方向に延びる溝として形成されている。くぼみ１４，２４はフラット状の底面１４ａ，２４ａを備え、このフラット状底面１４ａ，２４ａの幅はリップ状シール１２，２２先端の幅よりも十分に大きく形成されている。
The
また、セル組み立て時に発生する反力の大きさを調節するため、アノード側ガスケット１１において一対の突起１６，１７の高さ寸法が互いに異なるように設定され、具体的には、一対の突起１６，１７のうちのリップ状シール１２から遠いほうの突起１７の高さ寸法ｔ１がリップ状シール１２に近いほうの突起１６の高さ寸法ｔ２よりも大きく形成されている（ｔ１＞ｔ２）。
Further, in order to adjust the magnitude of the reaction force generated during cell assembly, the height dimensions of the pair of
また同様に、セル組み立て時に発生する反力の大きさを調節するため、カソード側ガスケット２１において一対の突起２６，２７の高さ寸法が互いに異なるように設定され、具体的には、一対の突起２６，２７のうちのリップ状シール２２から遠いほうの突起２７の高さ寸法ｔ１がリップ状シール２２に近いほうの突起２６の高さ寸法ｔ２よりも大きく形成されている（ｔ１＞ｔ２）。
Similarly, in order to adjust the magnitude of the reaction force generated during cell assembly, the height dimensions of the pair of
尚、この例では、突起１６，１７，２６，２７の高さ違いがアノード側ガスケット１１およびカソード側ガスケット２１の双方に設けられているが、この高さ違いはアノード側ガスケット１１およびカソード側ガスケット２１のうちの何れか一方のみに設けられても良い。
In this example, the height differences of the
上記第２ないし第７実施の形態に係るガスケットにおいては、第１実施の形態に係るガスケットと同様に、くぼみ１４，２４が設けられているため、反力を低減させることができ、低圧縮時にもシール機能を果たすことができる。また、突起１６，１７、２６，２７、凸部２８、凹部１９，２９または傾斜面２０Ａ，２０Ｂ、３０Ａ，３０Ｂなどが設けられているため、反力の大きさや分布、電解質膜５１もしくは枠体に対するガスケット１１，２１の接触姿勢などを微調整することができる。
Similar to the gasket according to the first embodiment, the gaskets according to the second to seventh embodiments are provided with
第８実施の形態・・・・
図９ないし図１１に示すように、実施の形態に係るガスケットは、燃料電池用ガスケットとして用いられる。燃料電池用ガスケットは、電解質膜５１もしくはこれを保持する枠体（図示せず）とその厚み方向両側に配置された一対のセパレータ３１，４１との間でシール機能を発揮し、セル内部Ｉの水素、酸素もしくは冷却水などの密封流体がセル外部Ｏへ漏洩しないようにこの密封流体をシールする。
Eighth embodiment ...
As shown in FIGS. 9 to 11, the gasket according to the embodiment is used as a gasket for a fuel cell. The fuel cell gasket exerts a sealing function between the
燃料電池用ガスケットは、一方のセパレータ３１に接着され保持されるとともに電解質膜５１もしくは枠体の一方の面５１ａに接触するアノード側ガスケット１１と、他方のセパレータ４１に接着され保持されるとともに電解質膜５１もしくは枠体の他方の面５１ｂに接触するカソード側ガスケット２１との組み合わせにより構成されている。ガスケット１１，２１はセル反応面の周りやセルマニホールドの周りなどに配置されている。ガスケット１１，２１は所定のゴム状弾性体によって形成されている。
The fuel cell gasket is adhered and held to one
アノード側ガスケット１１は、断面山形のシールリップを設けたリップ状シール（リップ部）１２と、そのセル外部Ｏ側に配置され、フラット状シール面（フラット面）を設けたフラット状シール（フラット部）１３とを一体に備え、これらのリップ状シール１２およびフラット状シール１３がガスケット幅方向に溝１５を挟んで並んだ形状とされている。リップ状シール１２はフラット状シール１３よりも高さ寸法を大きく形成されている。
The
カソード側ガスケット２１は、フラット状シール面（フラット面）を設けたフラット状シール（フラット部）２３と、そのセル外部Ｏ側に配置され、断面山形のシールリップを設けたリップ状シール（リップ部）２２とを一体に備え、これらのフラット状シール２３およびリップ状シール２２がガスケット幅方向に溝２５を挟んで並んだ形状とされている。リップ状シール２２はフラット状シール２３よりも高さ寸法を大きく形成されている。
The
カソード側ガスケット２１のフラット状シール２３は、上記第１実施の形態におけるカソード側ガスケット２１のフラット状シール２３と比較して、その幅寸法を小さく形成されている。したがってアノード側ガスケット１１のリップ状シール１２は、そのリップ端がカソード側ガスケット２１のフラット状シール２３のフラット状シール面ではなくフラット状シール２３の立ち上がり面（側面）２３ａと平面上重なる位置に配置されている。フラット状シール２３の立ち上がり面２３ａは、垂直面ではなく、図示するように傾斜面として形成され、平面上の幅寸法を備えている。
The
アノード側ガスケット１１のフラット状シール１３は、上記第１実施の形態におけるアノード側ガスケット１１のフラット状シール１３と比較して、その幅寸法を小さく形成されている。したがってカソード側ガスケット２１のリップ状シール２２は、そのリップ端がアノード側ガスケット１１のフラット状シール１３のフラット状シール面ではなくフラット状シール１３の立ち上がり面（側面）１３ａと平面上重なる位置に配置されている。フラット状シール１３の立ち上がり面１３ａは、垂直面ではなく、図示するように傾斜面として形成され、平面上の幅寸法を備えている。
The
上記構成を備える燃料電池用ガスケットにおいては、アノード側ガスケット１１のリップ状シール１２がカソード側ガスケット２１のフラット状シール２３の立ち上がり面２３ａと平面上重なる位置に設けられ、カソード側ガスケット２１のリップ状シール２２がアノード側ガスケット１１のフラット状シール１３の立ち上がり面１３ａと平面上重なる位置に設けられているため、リップ状シール１２，２２がフラット状シール１３，２３のフラット状シール面と平面上重なる位置に設けられている場合（図１６（Ａ））と比較して、図１０に示すように、スタック組立て時ガスケット１１，２１に圧縮荷重が入力したときにリップ状シール１２，２２がフラット状シール１３，２３によって押圧されにくく潰されにくくなっている。したがってガスケット１１，２１に大きな反力が発生せず、反力を低減させることができる。比較試験の結果としては図１２のグラフ図に示すように、リップ状シール１２，２２がフラット状シール１３，２３のフラット状シール面と平面上重なる位置に設けられている場合（比較例）と比較して、反力が十分に減少することが確認されている。
In the fuel cell gasket having the above configuration, the lip-shaped
また、上記したように反力の低減（低反力）が実現されると、フラット状シール１３，２３の高さ寸法を或る程度大きく設定することが許容される。したがってフラット状シール１３，２３の高さ寸法が不足して反対側のリップ状シール１２，２２に面圧が発生しないと云った事態が発生するのを未然に回避することができ、よってガスケット全体としてのシール性を確保することができる。
Further, when the reaction force is reduced (low reaction force) as described above, it is permissible to set the height dimension of the
また、上記構成を備える燃料電池用ガスケットにおいては、図１１に示すように両ガスケット１１，２１に平面上の位置ずれを発生した場合でも、フラット状シール１３，２３のフラット状シール面およびリップ状シール１２，２２のリップ端よりなるガスケット端の最高部が平面上複数個所で電解質膜５１または枠体を支えつづけるため、反対側のリップ状シール１２，２２のリップ端において、必要な分のシール面圧を発生させることができる。比較試験の結果としては図１３のグラフ図に示すように、リップ状シール１２，２２がフラット状シール１３，２３のフラット状シール面と平面上重なる位置に設けられている場合（比較例）と比較して、ほぼ変わらぬ大きさのピーク面圧が発生することが確認されている。
Further, in the gasket for a fuel cell having the above configuration, as shown in FIG. 11, even if the
ガスケット１１，２１の材質（ゴム材料）としては、シリコン材、ＥＰＤＭ材、フッ素材等が考えられるが、これらに限定されるものではない。枠体としては、おおむねヤング率３ＧＰａ以上、厚み２５０μｍ程度（ＭＥＡの両側で）程度のものを用いるのが適している。枠体の材質としては、ＰＥＮ、ＰＯＭ、ＰＰＳ等が用いられる。
As the material (rubber material) of the
１１ アノード側ガスケット
１２，２２ リップ状シール
１３，２３ フラット状シール
１３ａ，２３ａ 立ち上がり面
１４，２４ くぼみ
１４ａ，２４ａ 底面
１５，２５ 溝
１６，１７、２６，２７ 突起
１９，２９ 凹部
２０Ａ，２０Ｂ、３０Ａ，３０Ｂ 傾斜面
２１ カソード側ガスケット
２８ 凸部
３１，４１ セパレータ
５１ 電解質膜
Ｉ セル内部
Ｏ セル外部
11
Claims (8)
一方の前記セパレータに保持され、前記電解質膜もしくは枠体の一方の面に接触するアノード側ガスケットと、他方の前記セパレータに保持され、前記電解質膜もしくは枠体の他方の面に接触するカソード側ガスケットとを備え、
前記アノード側ガスケットおよび前記カソード側ガスケットはそれぞれリップ状シールおよびフラット状シールを一体に備え、
前記アノード側ガスケットのリップ状シールは、前記カソード側ガスケットのフラット状シールと平面上重なる位置に配置され、
前記カソード側ガスケットのリップ状シールは、前記アノード側ガスケットのフラット状シールと平面上重なる位置に配置され、
前記アノード側ガスケットのフラット状シールの平面上および／または前記カソード側ガスケットのフラット状シールの平面上に、くぼみを設けたことを特徴とする燃料電池用ガスケット。 A fuel cell gasket that seals between an electrolyte membrane or a frame that holds the electrolyte membrane and a pair of separators arranged on both sides in the thickness direction thereof.
An anode-side gasket that is held by one of the separators and contacts one surface of the electrolyte membrane or frame, and a cathode-side gasket that is held by the other separator and contacts the other surface of the electrolyte membrane or frame. And with
The anode-side gasket and the cathode-side gasket are integrally provided with a lip-shaped seal and a flat-shaped seal, respectively.
The lip-shaped seal of the anode-side gasket is arranged at a position where it overlaps the flat-shaped seal of the cathode-side gasket on a plane.
The lip-shaped seal of the cathode-side gasket is arranged at a position where it overlaps the flat-shaped seal of the anode-side gasket on a plane.
A fuel cell gasket characterized in that a recess is provided on the flat surface of the flat seal of the anode side gasket and / or on the flat surface of the flat seal of the cathode side gasket.
前記くぼみは、その断面形状におけるアール寸法が前記リップ状シール先端のアール寸法よりも小さく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。 In the fuel cell gasket according to claim 1,
The recess is a gasket for a fuel cell, characterized in that the radius dimension in the cross-sectional shape is formed to be smaller than the radius dimension of the tip of the lip-shaped seal.
前記アノード側ガスケットのフラット状シールの平面上および／または前記カソード側ガスケットのフラット状シールの平面上に、シール幅方向に一対の突起が設けられていることを特徴とする燃料電池用ガスケット。 In the fuel cell gasket according to claim 1,
A fuel cell gasket comprising a pair of protrusions in the seal width direction on the flat surface of the flat seal of the anode side gasket and / or on the flat surface of the flat seal of the cathode side gasket.
前記アノード側ガスケットのフラット状シールの平面上および／または前記カソード側ガスケットのフラット状シールの平面上に、シール幅方向に一対の突起が設けられ、
前記一対の突起の間に前記くぼみが設けられていることを特徴とする燃料電池用ガスケット。 In the fuel cell gasket according to claim 1,
A pair of protrusions are provided in the seal width direction on the flat surface of the flat seal of the anode side gasket and / or on the flat surface of the flat seal of the cathode side gasket.
A fuel cell gasket characterized in that the recess is provided between the pair of protrusions.
前記くぼみの底面に凸部または凹部が設けられていることを特徴とする燃料電池用ガスケット。 In the fuel cell gasket according to claim 4.
A gasket for a fuel cell, characterized in that a convex portion or a concave portion is provided on the bottom surface of the recess.
前記くぼみの底面に、シール幅方向に傾斜する傾斜面が設けられていることを特徴とする燃料電池用ガスケット。 In the fuel cell gasket according to claim 4.
A fuel cell gasket characterized in that an inclined surface inclined in the seal width direction is provided on the bottom surface of the recess.
前記一対の突起のうちの一方の突起の高さ寸法が他方の突起の高さ寸法よりも大きく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。 In the fuel cell gasket according to claim 3 or 4.
A fuel cell gasket, characterized in that the height dimension of one of the pair of protrusions is formed to be larger than the height dimension of the other protrusion.
一方の前記セパレータに保持され、前記電解質膜もしくは枠体の一方の面に接触するアノード側ガスケットと、他方の前記セパレータに保持され、前記電解質膜もしくは枠体の他方の面に接触するカソード側ガスケットとを備え、
前記アノード側ガスケットおよび前記カソード側ガスケットはそれぞれリップ状シールおよびフラット状シールを一体に備え、
前記アノード側ガスケットのリップ状シールは、前記カソード側ガスケットのフラット状シールの立ち上がり面、または前記フラット状シールおよびリップ状シール間の溝と平面上重なる位置に配置され、
前記カソード側ガスケットのリップ状シールは、前記アノード側ガスケットのフラット状シールの立ち上がり面、または前記フラット状シールおよびリップ状シール間の溝と平面上重なる位置に配置されていることを特徴とする燃料電池用ガスケット。 A fuel cell gasket that seals between an electrolyte membrane or a frame that holds the electrolyte membrane and a pair of separators arranged on both sides in the thickness direction thereof.
An anode-side gasket that is held by one of the separators and contacts one surface of the electrolyte membrane or frame, and a cathode-side gasket that is held by the other separator and contacts the other surface of the electrolyte membrane or frame. And with
The anode-side gasket and the cathode-side gasket are integrally provided with a lip-shaped seal and a flat-shaped seal, respectively.
The lip-shaped seal of the anode-side gasket is arranged at a position that overlaps the rising surface of the flat-shaped seal of the cathode-side gasket or the groove between the flat-shaped seal and the lip-shaped seal on a plane.
The fuel having the lip-shaped seal of the cathode-side gasket is arranged at a position where the rising surface of the flat-shaped seal of the anode-side gasket or the groove between the flat-shaped seal and the lip-shaped seal overlaps in a plane. Gasket for batteries.
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