JP2015216033A - Gasket for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池セルのシール手段として用いられ、燃料電池セル構成部品間に介装されるガスケットに関する。 The present invention relates to a gasket used as a sealing means of a fuel cell and interposed between fuel cell components.
従来から、燃料電池用ガスケットとして下記の先行技術文献に開示されたようなものが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell gasket as disclosed in the following prior art document is known.
このうち、特許文献1には、セパレータ、MEA(Membrane Electrode Assembly:膜−電極複合体)あるいはGDL(Gas Diffusion Layer:ガス拡散層基材)等、燃料電池セルの構成部品に弾性体からなるガスケットを一体に射出成形することが記載されており、特許文献2には、接着剤層に加硫成形したゴム製ガスケットを、前記接着剤層を介して燃料電池のセパレータのシール対象基材に固着することが記載されており、特許文献3及び特許文献4には、加硫成形したゴム製ガスケット単体を燃料電池セルの構成部品間に組み込むもの(ラバーオンリー品)が記載されている。図3は、特許文献3及び特許文献4のようにラバーオンリー品によるガスケット101を用いた例を示すもので、このガスケット101は、図3(A)に示すように断面形状が円形であり、図3(B)に示すように一方のセパレータ102に形成された溝102aと他方のセパレータ103との間に適宜圧縮状態で介在させるものである。
Among these, Patent Document 1 discloses a gasket made of an elastic material as a component of a fuel cell, such as a separator, MEA (Membrane Electrode Assembly) or GDL (Gas Diffusion Layer). In
そして、燃料電池の普及には構成部品の低コスト化を図ることが重要であり、このような観点から、図3のように、セパレータ102,103など燃料電池セルの構成部品間に組み込むだけのラバーオンリー品のガスケット101は、製造工程も含め、低コスト化の観点から最も好ましい。しかも、シール対象流体の圧力Pによって溝102aの側壁102bに押し付けられるので、セルフシール効果も期待できる。
In order to popularize fuel cells, it is important to reduce the cost of the components. From such a viewpoint, as shown in FIG. The rubber-
しかしながらこの種のガスケット101は、図4に示すようにセパレータ102,103が互いに接触しておらず、ガスケット101が一方のセパレータ102に形成された溝102aと他方のセパレータ103との間に低圧縮状態で介在しているような場合、シール対象流体の圧力Pの上昇時には、この圧力Pによってセパレータ102の溝102aの溝肩と他方のセパレータ103との間の隙間δへガスケット101の一部101aがはみ出して損傷を受け、シール性を維持できなくなる懸念がある。
However, in this type of
また、燃料電池セルの小型化を図るには、セパレータ102,103などの厚さも薄くする必要があるが、セパレータ102に溝102aを設けているため、所要の溝深さを確保する観点から、薄肉化は困難であった。
Further, in order to reduce the size of the fuel cell, it is necessary to reduce the thickness of the
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、燃料電池セル構成部品間に介装されるガスケットにおいて、安定したシール性を確保すると共に、燃料電池セル構成部品の薄肉化を可能にすることにある。 The present invention has been made in view of the above points, and its technical problem is to secure a stable sealing property in a gasket interposed between fuel battery cell components, and to provide a fuel cell. It is to enable thinning of cell components.
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、本発明に係る燃料電池用ガスケットは、一対の燃料電池セル構成部品の間に介装されるガスケットであって、前記燃料電池セル構成部品と密接される厚さ方向両側に設けたシール突条からなる内周シール部と、この内周シール部の外周側にあって前記燃料電池セル構成部品と密接される厚さ方向両側に設けた支持突条からなる外周支持部と、前記内周シール部と外周支持部の間を連結する中間連結部を備えるものである。 As a means for effectively solving the above technical problem, a fuel cell gasket according to the present invention is a gasket interposed between a pair of fuel cell components, and the fuel cell components An inner peripheral seal portion formed of seal protrusions provided on both sides in the thickness direction to be in close contact with the outer peripheral side of the inner peripheral seal portion and provided on both sides in the thickness direction in close contact with the fuel cell component parts The outer peripheral support part which consists of a support protrusion, and the intermediate | middle connection part which connects between the said inner peripheral seal part and an outer peripheral support part are provided.
上記構成のガスケットは、一対の燃料電池セル構成部品の間に介装された状態において、内周シール部がその内周側からシール対象流体の圧力を受けると、この圧力による外周側への内周シール部の変位力が中間連結部を介して外周支持部に伝達され、この外周支持部の支持突条と燃料電池セル構成部品との間の摩擦力によって変位が抑制される。このため内周シール部の変位が抑制されて、シール対象流体の圧力によって燃料電池セル構成部品に対する内周シール部のシール突条の面圧が増大するセルフシール作用が得られるので優れたシール性を奏する。また、外周支持部が、ガスケット装着溝の側壁と同様、内周シール部の変位を抑えてセルフシール作用を惹起する機能を有することで、燃料電池セル構成部品へのガスケット装着溝の形成を不要とすることができる。 In the state where the gasket having the above configuration is interposed between a pair of fuel cell components, when the inner peripheral seal portion receives the pressure of the fluid to be sealed from the inner peripheral side, The displacement force of the peripheral seal portion is transmitted to the outer peripheral support portion via the intermediate connecting portion, and the displacement is suppressed by the frictional force between the support protrusion of the outer peripheral support portion and the fuel cell component. For this reason, the displacement of the inner peripheral seal portion is suppressed, and a self-sealing action is obtained in which the surface pressure of the seal protrusion of the inner peripheral seal portion on the fuel cell component is increased by the pressure of the fluid to be sealed, so that excellent sealing performance Play. In addition, the outer peripheral support part has the function of suppressing the displacement of the inner peripheral seal part and inducing a self-sealing action like the side wall of the gasket installation groove, so that it is not necessary to form a gasket installation groove on the fuel cell component parts. It can be.
本発明に係る燃料電池用ガスケットによれば、シール対象流体の圧力による内周シール部の変位が中間連結部を介して外周支持部によって抑制されるので、内周シール部のセルフシール作用によって優れたシール性が得られ、またこのため、燃料電池セル構成部品へのガスケット装着溝の形成が不要となって、低コスト化を図ることができる。しかもガスケット装着溝の形成が不要となることで燃料電池セル構成部品の薄肉化を図ることができ、ひいては燃料電池の小型化に寄与することができる。 According to the fuel cell gasket according to the present invention, the displacement of the inner peripheral seal portion due to the pressure of the fluid to be sealed is suppressed by the outer peripheral support portion via the intermediate coupling portion, and thus the self-sealing action of the inner peripheral seal portion is excellent. Therefore, it is not necessary to form a gasket mounting groove in the fuel cell component parts, and the cost can be reduced. In addition, since it is not necessary to form the gasket mounting groove, it is possible to reduce the thickness of the fuel cell component parts, thereby contributing to the miniaturization of the fuel cell.
以下、本発明に係る燃料電池用ガスケットの好ましい実施の形態について、図1及び図2を参照しながら説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of a gasket for a fuel cell according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図1(A)に示すように、この実施の形態の燃料電池用ガスケット1は、ゴム状弾性材料(ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料)の単体からなる環状ラバーの加硫成形品(ラバーオンリー品)であって、内周シール部11と、この内周シール部11の外周側に設けられた外周支持部12と、前記内周シール部11と外周支持部12の間を連結する中間連結部13からなる。
As shown in FIG. 1 (A), a fuel cell gasket 1 of this embodiment is a vulcanized molded product of an annular rubber made of a single rubber-like elastic material (rubber material or synthetic resin material having rubber-like elasticity). (Rubber-only product), which connects the inner
図1(B)に示すように、このガスケット1は、燃料電池セル構成部品であるセパレータ2,3間に適当な圧縮状態で介装されるものであって、内周シール部11は、その厚さ方向両側にセパレータ2,3と密接されるシール突条11a,11bを有し、外周支持部12は、その厚さ方向両側に前記セパレータ2,3と密接される支持突条12a,12bを有し、中間連結部13は、内周シール部11と外周支持部12の厚さ方向(高さ方向)の中間位置を互いに連結するように形成されており、したがってこのガスケット1は、幅方向中間部がくびれた略H字形の断面形状を有する。
As shown in FIG. 1 (B), the gasket 1 is interposed between the
また、図1(A)に示す未装着状態において、内周シール部11の内側面から外周支持部12の外側面までの幅寸法wは、内周シール部11及び外周支持部12の厚さ寸法tよりも大きく、内周シール部11のシール突条11a,11b及び外周支持部12の支持突条12a,12bのセパレータ2,3との密接面が平坦に形成されている。
1A, the width dimension w from the inner surface of the inner
上述の構成を備える燃料電池用ガスケット1は、セパレータ2,3間に比較的低い圧縮率で介装された状態において、図2に示すように、ガスケット1の内周側(図2における左側)に存在するシール対象流体(例えば燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒など)の圧力Pが上昇した場合は、この圧力Pを直接受ける内周シール部11が、相対的に低圧である外周側(図中右側)へ向けて変位しようとするが、シール突条11a,11bがセパレータ2,3に押し付けられて摩擦力を発生するので、厚さ方向中間部が低圧側へ凹むように圧縮される。そしてその圧縮力は、中間連結部13を介して外周支持部12へ伝達されるが、外周支持部12の幅方向の変位は、中間連結部13の変形や、セパレータ2,3に対する支持突条12a,12bの摩擦力によって抑制される。
As shown in FIG. 2, the fuel cell gasket 1 having the above-described configuration is interposed between the
このため、圧力Pによる内周シール部11の幅方向の変位は、中間連結部13を介して外周支持部12により抑制され、圧力Pによる内周シール部11の圧縮力がセパレータ2,3へのシール突条11a,11bの面圧に変換されることによるセルフシール作用が得られ、シール効果が向上する。
For this reason, the displacement in the width direction of the inner
しかも、外周支持部12が、内周シール部11の幅方向の変位を抑えてセルフシール作用を惹起する機能を有することで、セパレータ2又は3へのガスケット装着溝の形成を不要とすることができ、その結果、製造コストの低減を図ることができるばかりでなく、セパレータ2又は3の厚さを低減して燃料電池の小型化にも貢献することができる。
Moreover, since the outer
また、上記構成の燃料電池用ガスケット1は、セパレータ2,3間に比較的高い圧縮率で介装された場合、中間連結部13によるくびれ形状となっていることによって、圧縮反力(面圧)の増大が抑制され、このためセパレータ2,3に作用する負荷も抑制される。
In addition, when the fuel cell gasket 1 having the above-described configuration is interposed between the
また、このガスケット1は、内周シール部11の内側面から外周支持部12の外側面までの幅寸法wを、内周シール部11及び外周支持部12の厚さ寸法tよりも大きなものとすると共に、内周シール部11のシール突条11a,11b及び外周支持部12の支持突条12a,12bのセパレータ2,3との密接面を平坦に形成したため、セパレータ2,3間に組み込む際に倒れにくいものとなる。
Further, the gasket 1 has a width dimension w from the inner side surface of the inner
なお、セパレータ2,3に対する外周支持部12の支持突条12a,12bの摩擦力は、セパレータ2,3に対する内周シール部11のシール突条11a,11bの摩擦力と同等であっても、圧力Pによる内周シール部11の幅方向の変位を抑制する作用は得られるが、外周支持部12の支持突条12a,12bの摩擦力を内周シール部11のシール突条11a,11bの摩擦力より大きくすることが一層好ましい。
In addition, even if the frictional force of the
外周支持部12の支持突条12a,12bの摩擦力を内周シール部11のシール突条11a,11bの摩擦力より大きくするには、外周支持部12の圧縮率が内周シール部11より大きくなるように内周シール部11と外周支持部12の厚さt寸法に差をもたせることや、セパレータ2,3に対する支持突条12a,12bの接触面積がシール突条11a,11bの接触面積より大きくなるように内周シール部11と外周支持部12の幅寸法に差をもたせることや、支持突条12a,12bの表面に摩擦係数を増大させるための粗面を形成することなどが考えられる。
In order to make the frictional force of the
1 燃料電池用ガスケット
11 内周シール部
11a,11b シール突条
12 外周支持部
12a,12b 支持突条
13 中間連結部
2,3セパレータ(燃料電池セル構成部品)
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