CN110571452B - 燃料电池用密封垫 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃料电池用密封垫,密封垫对电解质膜与隔膜之间进行密封,其具备保持于一个隔膜且与电解质膜接触的阳极侧密封垫、保持于另一个隔膜且与电解质膜接触的阴极侧密封垫。阳极侧密封垫具备唇部和扁平部。阴极侧密封垫具备与阳极侧密封垫11的唇部对应的扁平部和与阳极侧密封垫的扁平部对应的唇部。在阳极侧密封垫的扁平部的平面上及/或阴极侧密封垫的扁平部的平面上设置有凹陷。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池用密封垫。
背景技术
用于燃料电池的堆中,层叠有多个具备隔膜的发电单元。发电单元内部的反应面中,夹着电极并在阳极及阴极间流通燃料及冷却水。因此,需要在阳极及阴极间密封氢、氧、冷却水。
由于阳极及阴极间的密封需要产生表面压力(密封表面压力),因此,如图14(A)所示,通过装配具备唇状密封件12、22的阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21,而满足密封功能。
但是,该结构中,如图14(B)所示,在阳极及阴极间,在密封垫11、21彼此产生平面上的错位a的情况下,由于未产生表面压力,有起不到密封功能或使电解质膜51大幅变形的忧虑。
为了解决该技术问题,提出一种如图15所示那样将阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21中任一方(图中阴极侧密封垫21)设为不是具备唇状密封件22的唇型的密封垫而是具备扁平状密封件23的扁平型的密封垫。根据该结构,宽幅的扁平状密封件23相对于唇状密封件12对置,因此,即使密封垫11、21彼此产生错位,也能够产生表面压力。
但是,该结构中,设为扁平型的密封垫21相对于电解质膜51的接触面积增大,因此,有表面压力分散,确保不了必要的峰值表面压力,且密封功能降低的忧虑。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2004-303723号公报
专利文献2:日本特开2008-97899号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
为了解决该技术问题,提出了如图16(A)(B)所示那样将阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21分别设为一体具备唇状密封件12、22及扁平状密封件13、23的形状。根据该结构,即使有时表面压力稍微分散,由于设置有多个唇状密封件12、22,各唇状密封件12、22中也能够分别发挥密封功能。
但是,该结构中,以下的方面上还有待改善。
即,对于密封垫11、21需要考虑其高度的尺寸公差。扁平状密封件13、23的高度较大时,在堆组装时,密封垫11、21成为极端的高压缩状态,因此,在密封垫11、21上产生较大的反作用力。因此,有受到该较大的反作用力而在电解质膜51上产生变形或破损的忧虑。
本发明的技术问题在于,提供一种燃料电池用密封垫,在堆组装时难以成为高压缩状态,因此,不会产生较大的反作用力并能够降低反作用力。
用于解决技术问题的手段
本发明的一个方式提供一种燃料电池用密封垫,对电解质膜与配置于电解质膜的厚度方向两侧的一对隔膜之间进行密封,其中,具备:阳极侧密封垫,保持于一个所述隔膜,并一体具备与所述电解质膜的一个面接触的唇状密封件和扁平状密封件;阴极侧密封垫,保持于另一个所述隔膜,配置于在平面上与所述阳极侧密封垫的扁平状密封件和唇状密封件分别重合的位置,并一体具备与所述电解质膜的另一个面接触的唇状密封件和扁平状密封件;凹陷,其设置于所述扁平状密封件的至少一方。
本发明的另一方式提供一种燃料电池用密封垫,对电解质膜与配置于电解质膜的厚度方向两侧的一对隔膜之间进行密封,其中,具备:阳极侧密封垫,保持于一个所述隔膜,并一体具备与所述电解质膜的一个面接触的唇状密封件和扁平状密封件;阴极侧密封垫,保持于另一个所述隔膜,配置于在平面上与所述阳极侧密封垫的扁平状密封件和唇状密封件分别重合的位置,并一体具备与所述电解质膜的另一个面接触的唇状密封件和扁平状密封件,所述阳极侧密封垫的唇状密封件配置于在平面上与所述阴极侧密封垫的扁平状密封件的立起面重合的位置,所述阴极侧密封垫的唇状密封件配置于在平面上与所述阳极侧密封垫的扁平状密封件的立起面重合的位置。
发明效果
根据本发明,与未设置凹陷的情况相比,堆组装时对密封垫输入压缩负荷时,密封垫容易弹性变形而难以成为高压缩状态。因此,密封垫中不会产生较大的反作用力,能够降低反作用力。
根据本发明,与唇状密封件配置于在平面上与扁平状密封件的扁平状密封件面重合的位置的情况相比,堆组装时对密封垫输入压缩负荷时,唇状密封件难以被扁平状密封件压坏,难以成为高压缩状态。因此,密封垫中不会产生较大的反作用力,能够降低反作用力。
当实现反作用力的降低时,允许扁平状密封件的高度在一定程度上设定得较大。因此,能够避免由于扁平状密封件的高度不足而在相反侧的唇状密封件上未产生表面压力的情况产生,可确保密封性。
附图说明
图1是第一实施方式的密封垫的主要部分剖视图;
图2是表示该密封垫的反作用力特性的图;
图3是第二实施方式的密封垫的主要部分剖视图;
图4是第三实施方式的密封垫的主要部分剖视图;
图5是第四实施方式的密封垫的主要部分剖视图;
图6是第五实施方式的密封垫的主要部分剖视图;
图7是第六实施方式的密封垫的主要部分剖视图;
图8是第七实施方式的密封垫的主要部分剖视图;
图9是第八实施方式的密封垫的主要部分剖视图;
图10是表示对该密封垫作用压缩负荷的状态的主要部分剖视图;
图11是表示在该密封垫上产生平面上的错位且作用压缩负荷的状态的主要部分剖视图;
图12是表示该密封垫的反作用力特性的图;
图13是表示该密封垫的表面压力特性的图;
图14是现有例的密封垫的主要部分剖视图;
图15是另一现有例的密封垫的主要部分剖视图;
图16是另一现有例的密封垫的主要部分剖视图。
具体实施方式
[第一实施方式]
基于图1及图2对第一实施方式进行说明。
如图1所示,本实施方式的密封垫用作燃料电池用密封垫。燃料电池用密封垫在电解质膜51或保持电解质膜51的框体(未图示)与配置于其厚度方向两侧的一对隔膜31、41之间发挥密封功能,且以单元内部I的氢、氧或冷却水等的密封流体不向单元外部O泄漏的方式密封该密封流体。
燃料电池用密封垫通过阳极侧密封垫11与阴极侧密封垫21组合而成,阳极侧密封垫11粘接并保持于一个隔膜31的同时与电解质膜51或框体的一个面51a接触,阴极侧密封垫21粘接并保持于另一个隔膜41的同时与电解质膜51或框体的另一个面51b接触。密封垫11、21配置于单元反应面的周围或单元歧管的周围等。密封垫11、21由规定的橡胶状弹性体形成。
阳极侧密封垫11一体具备:设置有截面山形的密封唇的唇状密封件(唇部)12、以及配置于其单元外部O侧且设置有扁平状密封件面(扁平面)的扁平状密封件(扁平部)13,这些唇状密封件12及扁平状密封件13设为在密封垫宽度方向上隔着槽15排列的形状。唇状密封件12比扁平状密封件13形成为更大的高度尺寸。
阴极侧密封垫21一体具备:设置有扁平状密封件面(扁平面)的扁平状密封件(扁平部)23、以及配置于其单元外部O侧且设置有截面山形的密封唇的唇状密封件(唇部)22,这些扁平状密封件23及唇状密封件22设为在密封垫宽度方向上隔着槽25排列的形状。唇状密封件22比扁平状密封件23形成为更大的高度尺寸。
阳极侧密封垫11的唇状密封件12配置于在平面上与阴极侧密封垫21的扁平状密封件23重合的位置。
阴极侧密封垫21的唇状密封件22配置于在平面上与阳极侧密封垫11的扁平状密封件13重合的位置。
因此,两个密封垫11、21即使产生平面上的错位,阳极侧密封垫11的唇状密封件12和阴极侧密封垫21的扁平状密封件23也依然配置于平面上重合的位置,阴极侧密封垫21的唇状密封件22和阳极侧密封垫11的扁平状密封件13也依然配置于平面上重合的位置,因此,可产生规定的表面压力。
本实施方式的密封垫中,在上述结构的基础上,在阳极侧密封垫11的扁平状密封件13的平面上及阴极侧密封垫21的扁平状密封件23的平面上分别设置有凹陷14、24。
凹陷14、24形成为沿着密封垫11、21的长边方向(图中与纸面正交方向)延伸的槽状,如图示,相互平行形成有多个(例如两个)槽。
凹陷14、24形成为截面圆弧形,其截面形状上的曲率半径尺寸形成为小于唇状密封件12、22前端的曲率半径尺寸。
具备上述结构的燃料电池用密封垫中,阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21中,分别在扁平状密封件13、23的平面上设置有凹陷14、24,因此,该凹陷14、24作为密封垫弹性变形时的橡胶材料的退避空间发挥作用。因此,与不设置凹陷14、24的情况相比,堆组装时对密封垫11、21输入压缩负荷时,密封垫11、21容易弹性变形,而难以成为高压缩状态。因此,密封垫11、21中不会产生较大的反作用力,能够降低反作用力。作为比较试验的结果,如图2的图所示确认到,与不设置凹陷14、24的情况(比较例)相比,反作用力减少大致30%。
当如上所述实现反作用力的降低(低反作用力)时,允许扁平状密封件13、23的高度尺寸在一定程度上设定得较大。因此,能够事先避免由于扁平状密封件13、23的高度尺寸不足在相反侧的唇状密封件12、22上未产生表面压力的情况产生,因此,能够确保作为密封垫整体的密封性。
凹陷14、24形成为截面圆弧形,其截面形状的曲率半径尺寸形成为小于唇状密封件12、22前端的曲率半径尺寸,因此,即使在凹陷14、24和唇状密封件12、22前端在同一平面上对置的状况下,唇状密封件12、22前端产生的挤压负荷也不会被凹陷14、24全部吸收。因此,即使在凹陷14、24与唇状密封件12、22前端在同一平面上对置的状况,也能够产生表面压力。
本实施方式中,凹陷14、24设置于阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21双方。通过该结构,燃料电池用密封垫得到良好的反作用力的降低效果。与比较例相比,反作用力减少大致30%的上述的实验结果也是基于阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21双方设置凹陷14、24的结构而得到的结果。
可是,并不是在阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21双方必须设置凹陷14、24,进行实施时,凹陷14、24也可以仅设置于阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21中的任一方。
作为在平面上具备凹陷14、24的扁平状密封件13、23,也可以是如下所述的形状。
[第二实施方式]
基于图3对第二实施方式进行说明。与第一实施方式相同的部分以相同符号表示,并省略其说明。
图3所示的例子中,扁平状密封件13、23的平面上、位于密封宽度方向的两端分别设置有突起16、17、26、27。另外,扁平状密封件13、23的平面上、位于密封宽度方向的两端分别设置有突起16、17、26、27,在一对突起16、17、26、27之间设置有凹陷14、24。
突起16、17、26、27形成为沿着密封垫11、21的长边方向延伸的突条。突起16、17、26、27的截面形状设为圆弧形,可与电解质膜51或框体以宽度狭窄的范围接触。设置于密封宽度方向的一方的突起16、26和设置于密封宽度方向的另一方的突起17、27形成为同等的高度尺寸。
凹陷14、24形成为沿着密封垫11、21的长边方向延伸的槽。凹陷14、24具备扁平状的底面14a、24a,该扁平状底面14a、24a的宽度形成为比唇状密封件12、22前端的宽度充分大。
此外,该例子中,突起16、17、26、27,或突起16、17、26、27及凹陷14、24设置于阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21两者之上,但突起16、17、26、27及凹陷14、24也可以仅设置于阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21中的任一方。
[第三实施方式]
基于图4对第三实施方式进行说明。与上述各实施方式相同的部分以相同符号表示,并省略其说明。
图4所示的例子中,与图3的例子一样,扁平状密封件13、23的平面上、位于密封宽度方向的两端分别设置有突起16、17、26、27,在该一对突起16、17、26、27之间设置有凹陷14、24。
突起16、17、26、27形成为沿着密封垫11、21的长边方向延伸的突条。突起16、17、26、27的截面形状设为圆弧形,可与电解质膜51或框体以宽度狭窄的范围接触。设置于密封宽度方向的一方的突起16、26和设置于密封宽度方向的另一方的突起17、27形成为同等的高度尺寸。
凹陷14、24形成为沿着密封垫11、21的长边方向延伸的槽。凹陷14、24具备扁平状的底面14a、24a,该扁平状底面14a、24a的宽度形成为比唇状密封件12、22前端的宽度充分大。
为了调节在单元组装时产生的反作用力的大小,在阴极侧密封垫21的扁平状密封件23的凹陷24的底面24a设置有凸部28。
凸部28形成为沿着密封垫21的长边方向延伸的突条。凸部28的高度尺寸设为与突起26、27的高度尺寸同等。凸部28的截面形状与突起26、27一样,设为圆弧形,可与电解质膜51或框体以宽度狭窄的范围接触。凸部28设置于凹陷24的底面24a的宽度方向中央,且设置于在平面上与阳极侧密封垫11的唇状密封件12前端重合的位置。
此外,该例子中,凸部28仅设置于阴极侧密封垫21,但凸部28也可以仅设置于阳极侧密封垫11,且也可以设置于阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21双方。
[第四实施方式]
基于图5对第四实施方式进行说明。与上述各实施方式相同的部分以相同符号表示,并省略其说明。
图5所示的例子中,与图3的例子一样,扁平状密封件13、23的平面上、位于密封宽度方向的两端分别设置有突起16、17、26、27,且在该一对突起16、17、26、27之间设置有凹陷14、24。
突起16、17、26、27形成为沿着密封垫11、21的长边方向延伸的突条。突起16、17、26、27的截面形状设为圆弧形,可与电解质膜51或框体以宽度狭窄的范围接触。设置于密封宽度方向的一方的突起16、26和设置于密封宽度方向的另一方的突起17、27形成为同等的高度尺寸。
凹陷14、24形成为沿着密封垫11、21的长边方向延伸的槽。凹陷14、24具备扁平状的底面14a、24a,该扁平状底面14a、24a的宽度形成为比唇状密封件12、22前端的宽度充分大。
为了调节在单元组装时产生的反作用力的大小,在阳极侧密封垫11的扁平状密封件13的凹陷14的底面14a及阴极侧密封垫21的扁平状密封件23的凹陷24的底面24a分别设置有凹部19、29。
凹部19、29形成为沿着密封垫11、21的长边方向延伸的槽。凹部19、29的截面形状设为圆弧形。阳极侧的凹部19设置于凹陷14的底面14a的宽度方向中央,且设置于在平面上与阴极侧密封垫21的唇状密封件22前端重合的位置。阴极侧的凹部29设置于凹陷24的底面24a的宽度方向中央,且设置于在平面上与阳极侧密封垫11的唇状密封件12前端重合的位置。
此外,该例子中,凹部19、29设置于阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21双方,但凹部19、29也可以仅设置于阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21中的任一方。
[第五实施方式]
基于图6对第五实施方式进行说明。与上述各实施方式相同的部分以相同符号表示,并省略其说明。
图6所示的例子中,与图3的例子一样,扁平状密封件13、23的平面上、位于密封宽度方向的两端分别设置有突起16、17、26、27,且在该一对突起16、17、26、27之间设置有凹陷14、24。
突起16、17、26、27形成为沿着密封垫11、21的长边方向延伸的突条。突起16、17、26、27的截面形状设为圆弧形,可与电解质膜51或框体以宽度狭窄的范围接触。设置于密封宽度方向的一方的突起16、26和设置于密封宽度方向的另一方的突起17、27形成为同等的高度尺寸。
凹陷14、24形成为沿着密封垫11、21的长边方向延伸的槽。
为了调节在单元组装时产生的反作用力的大小,凹陷14、24的底面14a、24a设为在密封宽度方向上对称的截面V字形,在此排列设置有倾斜面20A、30A、以及倾斜面20B、30B,倾斜面20A、30A沿着随着远离唇状密封件12、22凹陷14、24的深度逐渐增大的方向倾斜、倾斜面20B、30B沿着随着远离唇状密封件12、22凹陷14、24的深度逐渐变小的方向倾斜。形成截面V字形的底面14a、24a的宽度形成为比唇状密封件12、22前端的宽度充分大。
截面V字的底部、即凹陷14、24的最深部配置于凹陷14、24的宽度方向中央,且配置于在平面上与对应的唇状密封件12、22前端重合的位置。
此外,该例子中,倾斜面20A、30A、20B、30B设置于阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21双方,但倾斜面20A、30A、20B、30B也可以仅设置于阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21中的任一方。
[第六实施方式]
基于图7对第六实施方式进行说明。与上述各实施方式相同的部分以相同符号表示,并省略其说明。
图7所示的例子中,与图3的例子一样,扁平状密封件13、23的平面上、位于密封宽度方向的两端分别设置有突起16、17、26、27,且在该一对突起16、17、26、27之间设置有凹陷14、24。
突起16、17、26、27形成为沿着密封垫11、21的长边方向延伸的突条。突起16、17、26、27的截面形状设为圆弧形,可与电解质膜51或框体以宽度狭窄的范围接触。设置于密封宽度方向的一方的突起16、26和设置于密封宽度方向的另一方的突起17、27形成为同等的高度尺寸。
凹陷14、24形成为沿着密封垫11、21的长边方向延伸的槽。
为了调节在单元组装时产生的反作用力的大小,凹陷14、24的底面14a、24a设为密封宽度方向上非对称的截面V字形,在此排列设置有倾斜面20A、30A、以及倾斜面20B、30B,倾斜面20A、30A沿着随着远离唇状密封件12、22凹陷14、24的深度逐渐增大的方向倾斜、倾斜面20B、30B沿着随着远离唇状密封件12、22凹陷14、24的深度逐渐变小的方向倾斜。形成截面V字形的底面14a、24a的宽度形成为比唇状密封件12、22前端的宽度充分大。
截面V字的底部、即凹陷14、24的最深部配置于比凹陷14、24的宽度方向中央靠唇状密封件12、22侧的位置,且随之,配置于在平面上与对应的唇状密封件12、22前端偏离的位置。
此外,该例子中,倾斜面20A、30A、20B、30B设置于阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21双方,但倾斜面20A、30A、20B、30B也可以仅设置于阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21中的任一方。
[第七实施方式]
基于图8对第七实施方式进行说明。与上述各实施方式相同的部分以相同符号表示,并省略其说明。
图8所示的例子中,与图3的例子一样,扁平状密封件13、23的平面上、位于密封宽度方向的两端分别设置有突起16、17、26、27,且在该一对突起16、17、26、27之间设置有凹陷14、24。
突起16、17、26、27形成为沿着密封垫11、21的长边方向延伸的突条。突起16、17、26、27的截面形状设为圆弧形,可与电解质膜51或框体以宽度狭窄的范围接触。
凹陷14、24形成为沿着密封垫11、21的长边方向延伸的槽。凹陷14、24具备扁平状的底面14a、24a,该扁平状底面14a、24a的宽度形成为比唇状密封件12、22前端的宽度充分大。
为了调节在单元组装时产生的反作用力的大小,阳极侧密封垫11中,一对突起16、17的高度尺寸以相互不同的方式设定。更详细而言,一对突起16、17中的远离唇状密封件12一方的突起17的高度尺寸t1形成为大于接近唇状密封件12一方的突起16的高度尺寸t2(t1>t2)。
同样,为了调节在单元组装时产生的反作用力的大小,阴极侧密封垫21中,一对突起26、27的高度尺寸以相互不同的方式设定。更详细而言,一对突起26、27中的远离唇状密封件22一方的突起27的高度尺寸t1形成为大于接近唇状密封件22一方的突起26的高度尺寸t2(t1>t2)。
此外,该例子中,突起16、17、26、27的高度不同设置于阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21双方,但该高度不同也可以仅设置于阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21中的任一方。
上述第二~第七实施方式的密封垫中,与第一实施方式的密封垫一样,设置有凹陷14、24,因此,能够降低反作用力,在低压缩时也能够发挥密封功能。由于设置有突起16、17、26、27、凸部28、凹部19、29或倾斜面20A、20B、30A、30B等,因此能够对反作用力的大小及分布、密封垫11、21相对于电解质膜51或框体的接触姿势等进行微调整。
[第八实施方式]
基于图9~图11对第八实施方式进行说明。与上述各实施方式相同的部分以相同符号表示,并省略其说明。
如图9~图11所示,本实施方式的密封垫用作燃料电池用密封垫。燃料电池用密封垫在电解质膜51或保持电解质膜51的框体(未图示)与配置于其厚度方向两侧的一对隔膜31、41之间发挥密封功能,且以单元内部I的氢、氧或冷却水等的密封流体不向单元外部O泄漏的方式密封该密封流体。
燃料电池用密封垫通过阳极侧密封垫11与阴极侧密封垫21组合而成,阳极侧密封垫11粘接并保持于一个隔膜31的同时与电解质膜51或框体的一个面51a接触,阴极侧密封垫21粘接并保持于另一个隔膜41的同时与电解质膜51或框体的另一个面51b接触。密封垫11、21配置于单元反应面的周围或单元歧管的周围等。密封垫11、21由规定的橡胶状弹性体形成。
阳极侧密封垫11一体具备:设置有截面山形的密封唇的唇状密封件(唇部)12、以及配置于其单元外部O侧且设置有扁平状密封件面(扁平面)的扁平状密封件(扁平部)13,这些唇状密封件12及扁平状密封件13设为在密封垫宽度方向上隔着槽15排列的形状。唇状密封件12比扁平状密封件13形成为更大的高度尺寸。
阴极侧密封垫21一体具备:设置有扁平状密封件面(扁平面)的扁平状密封件(扁平部)23、以及配置于其单元外部O侧且设置有截面山形的密封唇的唇状密封件(唇部)22,这些扁平状密封件23及唇状密封件22设为在密封垫宽度方向上隔着槽25排列的形状。唇状密封件22比扁平状密封件23形成为更大的高度尺寸。
与上述第一实施方式的阴极侧密封垫21的扁平状密封件23相比,阴极侧密封垫21的扁平状密封件23的宽度尺寸形成得较小。因此,阳极侧密封垫11的唇状密封件12配置于其唇端在平面上与扁平状密封件23的立起面(侧面)23a重合的位置,而不是与阴极侧密封垫21的扁平状密封件23的扁平状密封件面重合的位置。扁平状密封件23的立起面23a不是垂直面,如图示,形成为倾斜面,且具备平面上的宽度尺寸。
与上述第一实施方式的阳极侧密封垫11的扁平状密封件13相比,阳极侧密封垫11的扁平状密封件13的宽度尺寸形成得较小。因此,阴极侧密封垫21的唇状密封件22配置于其唇端在平面上与扁平状密封件13的立起面(侧面)13a重合的位置,而不是与阳极侧密封垫11的扁平状密封件13的扁平状密封件面重合的位置。扁平状密封件13的立起面13a不是垂直面,如图示,形成为倾斜面,且具备平面上的宽度尺寸。
具备上述结构的燃料电池用密封垫中,阳极侧密封垫11的唇状密封件12设置于在平面上与阴极侧密封垫21的扁平状密封件23的立起面23a重合的位置,阴极侧密封垫21的唇状密封件22设置于在平面上与阳极侧密封垫11的扁平状密封件13的立起面13a重合的位置。因此,与唇状密封件12、22设置于在平面上与扁平状密封件13、23的扁平状密封件面重合的位置的情况相比(图16(A)),如图10所示,堆组装时对密封垫11、21输入压缩负荷时,唇状密封件12、22难以被扁平状密封件13、23挤压并难以压坏。因此,密封垫11、21中不会产生较大的反作用力,能够降低反作用力。作为比较试验的结果,如图12的图所示确认到,与唇状密封件12、22设置于在平面上与扁平状密封件13、23的扁平状密封件面重合的位置的情况相比(比较例),反作用力充分减少。
如上述那样实现反作用力的降低(低反作用力)时,允许扁平状密封件13、23的高度尺寸在一定程度上设定得较大。因此,能够事先避免由于扁平状密封件13、23的高度尺寸不足在相反侧的唇状密封件12、22上未产生表面压力的情况产生,因此,能够确保作为密封垫整体的密封性。
具备上述结构的燃料电池用密封垫中,如图11所示,即使在两个密封垫11、21产生平面上的错位的情况下,由扁平状密封件13、23的扁平状密封件面及唇状密封件12、22的唇端形成的密封垫端的最高部在平面上多个地方持续支撑电解质膜51或框体。因此,能够在相反侧的唇状密封件12、22的唇端产生所需大小的密封表面压力。作为比较试验的结果,如图13的图所示确认到,与唇状密封件12、22设置于在平面上与扁平状密封件13、23的扁平状密封件面重合的位置的情况(比较例)相比,产生大小几乎没改变的峰值表面压力。
作为密封垫11、21的材质(橡胶材料),可以使用硅材料、EPDM材料、氟原材料等,但不限定于此。作为框体,基本上适于使用杨氏模量3GPa以上、厚度250μm程度(在MEA的两侧)的框体。作为框体的材质,使用PEN、POM、PPS等。
符号说明
11 阳极侧密封垫
12、22 唇状密封件
13、23 扁平状密封件
13a、23a 立起面
14、24 凹陷
14a、24a 底面
15、25 槽
16、17、26、27 突起
19、29 凹部
20A、20B、30A、30B 倾斜面
21 阴极侧密封垫
28 凸部
31、41 隔膜
51 电解质膜
I 单元内部
O 单元外部
Claims (6)
1.一种燃料电池用密封垫,对电解质膜与配置于电解质膜的厚度方向两侧的一对隔膜之间进行密封,其特征在于,具备:
阳极侧密封垫,保持于一个所述隔膜,并一体具备与所述电解质膜的一个面接触的唇状密封件和扁平状密封件;
阴极侧密封垫,保持于另一个所述隔膜,配置于在平面上与所述阳极侧密封垫的扁平状密封件和唇状密封件分别重合的位置,并一体具备与所述电解质膜的另一个面接触的唇状密封件和扁平状密封件;
凹陷,其设置于所述扁平状密封件的至少一方,
在所述扁平状密封件的至少一个平面上,在密封宽度方向的两端设置有一对突起,
所述一对突起中的一个突起的高度尺寸比另一个突起的高度尺寸大。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用密封垫,其中,
所述电解质膜保持于框体,
所述阳极侧密封垫及所述阴极侧密封垫与所述框体接触。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池用密封垫,其中,
所述凹陷的截面形状上的曲率半径尺寸比所述唇状密封件前端的曲率半径尺寸小。
4.根据权利要求3所述的燃料电池用密封垫,其中,
所述凹陷设置于所述一对突起之间。
5.根据权利要求4所述的燃料电池用密封垫,其中,
在所述凹陷的底面设置有凸部或凹部。
6.根据权利要求4所述的燃料电池用密封垫,其中,
在所述凹陷的底面设置有沿密封宽度方向倾斜的倾斜面。
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