CN110931821B - 燃料电池用密封垫 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃料用电池密封垫。该燃料用电池密封垫对电解质膜与隔膜之间进行密封，其包括阳极侧密封垫及阴极侧密封垫。两密封垫分别一体地具有唇状密封部及高度低于唇状密封部的副密封部。阳极侧的唇状密封部配置于与阴极侧的副密封部在平面上重叠的位置，阴极侧的唇状密封部配置于与阳极侧的副密封部在平面上重叠的位置。副密封部具有沿随着远离唇状密封部而高度逐渐扩大的方向倾斜的倾斜面，在倾斜面的顶部具有反作用力承受部。

Description

燃料电池用密封垫

技术领域

本发明涉及燃料电池用密封垫。

背景技术

在燃料电池所使用的堆中，层叠有多个具有隔膜的发电电池。在发电电池内部的反应面中，夹着电极且在阳极与阴极之间流有燃料、冷却水。因此，需要在阳极及阴极之间密封氢、氧、冷却水。

阳极及阴极间的密封需要产生面压力(密封面压力)，因此如图9(A)所示，通过安装具有唇状密封部11、22的阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21来满足密封功能。

但是在该构成中，如图9(B)所示，当在阳极与阴极间，密封垫11、21彼此产生平面上的位置偏移a时，担心由于不产生面压力而无法实现密封功能的情况、以及使电解质膜51产生大幅变形的情况。

为解决该技术问题，如图10所示，提出了将阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21中的任一方(图中为阴极侧密封垫21)设为具有平坦状密封部23的平坦型密封垫，而不是具有唇状密封部22的唇型密封垫。根据该构成，由于宽幅的平坦状密封部23与唇状密封部12相对，因此即使在密封垫11、21彼此之间产生位置偏移也能够产生面压力。

但是，在该构成中，担心下述情况：由于制成了平坦型的密封垫21相对于电解质膜51的接触面积增大，所以面压力分散，无法确保所需的峰值面压力，从而密封功能降低。

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

为解决该技术问题，如图11(A)(B)所示，提出了阳极侧密封垫11及阴极侧密封垫21分别形成为一体地具有唇状密封部12、22及平坦状密封部13、23的形状。根据该构成，即使面压力多少有所分散，但由于设有多个唇状密封部12、22，因此在各个唇状密封部12、22中均能够实现密封功能。

该构成在以下方面还有改良的余地。

对于密封垫11、21，需要考虑其高度的尺寸公差。因为若平坦状密封部13、23的高度高,则在组装堆时密封垫11、21就会成为极端的高压缩状态，因此会在密封垫11、21产生大的反作用力。

本发明的课题在于提供一种在组装堆时不易形成高压缩状态、不易产生大的反作用力的燃料电池用密封垫。

用于解决技术问题的手段

本发明的一方案是一种燃料电池用密封垫，对电解质膜与配置于所述电介质膜的厚度方向两侧的一对隔膜之间进行密封，所述燃料电池用密封垫包括：阳极侧密封垫，被保持于一方的所述隔膜，并且一体地具有唇状密封部和副密封部，所述唇状密封部与所述电解质膜的一方的表面接触；所述副密封部的高度低于该唇状密封部；阴极侧密封垫，被保持于另一方的所述隔膜，并且一体地具有唇状密封部和副密封部，所述唇状密封部配置于分别与所述阳极侧密封垫的所述副密封部和所述唇状密封部在平面上重叠的位置，且与所述电解质膜的另一方的表面接触；所述副密封部的高度低于该唇状密封部；倾斜面，设于两个所述副密封部的至少一方，且沿随着远离一体具有的所述唇状密封部而高度逐渐扩大的方向倾斜；和反作用力承受部，设于所述倾斜面的顶部。

发明效果

根据本发明，由于设有具有倾斜面及反作用力承受部的副密封部，所以在堆组装时向密封垫施加压缩负荷时密封垫容易产生弹性形变而不容易形成高压缩状态。因此对密封垫而言不会产生大的反作用力，能够减少反作用力。

由此当实现反作用力的降低(低反作用力)时，允许将副密封部的高度某种程度上设定得较大。因此，能够避免发生因副密封部的高度不足而不在相反侧的唇状密封部产生面压力的事态，能够确保密封性。

附图说明

图1是第1实施方式的密封垫的主要部分剖视图；

图2是示出向上述密封垫施加了压缩负荷的状态的主要部分剖视图；

图3是示出上述密封垫的反作用力特性的曲线图；

图4是示出上述密封垫的面压力特性的曲线图；

图5是第2实施方式的密封垫的主要部分剖视图；

图6是第3实施方式的密封垫的主要部分剖视图；

图7是第4实施方式的密封垫的主要部分剖视图；

图8是第5实施方式的密封垫的主要部分剖视图；

图9是参考例的密封垫的主要部分剖视图；

图10是其他参考例的密封垫的主要部分剖视图；

图11是其他参考例的密封垫的主要部分剖视图。

具体实施方式

[第1实施方式]

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或保持该电解质膜51的框体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，以使得电池内部I的氢、氧或冷却水等密封流体不向电池外部O泄漏的方式对该密封流体进行密封。

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组合而构成，所述阳极侧密封垫11被粘合保持于一方的隔膜31，并与电解质膜51或框体的一方的面51a接触；所述阴极侧密封垫21被粘合保持于另一方的隔膜41，并与电解质膜51或框体的另一方的面51b接触。密封垫11、21配置于电池反应面的周围、及电池歧管的周围等。密封垫11、21由规定的橡胶状弹性体形成。

阳极侧密封垫11一体地具有：作为主唇的唇状密封部12，设有截面为山形的密封唇；和副密封部14，配置于唇状密封部12的电池外部O侧，这些唇状密封部12及副密封部14在密封垫宽度方向并列地设置。在该燃料电池用密封垫中，没有设置上述现有技术中的在平面上设有平坦面的平坦状密封部，而是设置副密封部14代替平坦状密封部。

副密封部14在平面上具有：倾斜面15，被设置成沿随着远离唇状密封部12而高度尺寸逐渐扩大的方向倾斜；和反作用力承受部16，设于该倾斜面15的顶部(高度位置最高的部位)且截面为圆弧形。倾斜面15及反作用承受部16遍及副密封部14的全长、即密封垫11的全长而设置。副密封部14的高度尺寸形成得低于唇状密封部12的高度尺寸。副密封部14中的与唇状密封部12相反侧的侧面17形成为从隔膜31呈直角状立起的垂直面状的侧面。

阴极侧密封垫21一体地具有：副密封部24；和作为主唇的唇状密封部22，配置在副密封部24的电池外部O侧，设有截面为山形的密封唇，这些副密封部24及唇状密封部22在密封垫宽度方向并列地设置。在该燃料电池用密封垫中，没有设置上述现有技术中的在平面上设有平坦面的平坦状密封部，而是设置副密封部24代替平坦状密封部。

副密封部24具有：倾斜面25，被设置成沿随着远离唇状密封部22而高度尺寸逐渐扩大的方向倾斜；和反作用力承受部26，设于该倾斜面25的顶部(高度位置最高的部位)且截面为圆弧形。倾斜面25及反作用力承受部26遍及副密封部24的全长、即密封垫21的全长而设置。副密封部24的高度尺寸形成得低于唇状密封部22的高度尺寸。副密封部24中的与唇状密封部22相反侧的侧面27形成为从隔膜41呈直角状立起的垂直面状的侧面。

阳极侧密封垫11的唇状密封部12配置于其唇前端与阴极侧密封垫21的副密封部24的倾斜面25在平面上重叠的位置。

阴极侧密封垫21的唇状密封部22配置于其唇前端与阳极侧密封垫11的副密封部14的倾斜面15在平面上重叠的位置。

将具有上述构成的燃料电池用密封垫组装为堆且对该密封垫施加压缩负荷时，如图2所示，在阳极密封垫11与阴极密封垫21中，各自的唇状密封部12、22的唇前端分别与电解质膜51或框体接触，并且副密封部14、24的反作用力承受部16、26分别与电解质膜51或框体接触，副密封部14、24的倾斜面15、25成为只有反作用力承受部16、26附近的一部分与电解质膜51或框体接触而其他部分不与电解质膜51或框体接触的状态，在倾斜面15、25与电解质膜51或框体之间形成有间隙空间18、28。

因此，能够将该间隙空间18、28作为橡胶材料的退避空间进行利用，且由于副密封部14、24容易弹性形变而不容易成为高压缩状态，所以就密封垫11、21整体而言不会产生大的反作用力，因此能够减小产生的反作用力的大小。关于比较测试的结果，如图3的曲线图所示，可以确认：与设有平坦状密封部13、23的情况(参照图11，比较例)相比，充分地减少了反作用力。

另外，在另一方面，副密封部14、24在反作用力承受部16、26所形成的狭小范围内与电解质膜51或框体接触，因此如图4的曲线图所示，产生的峰值面压力的大小与比较例大致相等。因此，在副密封部14、24也能够发挥密封性。

另外，当如上所述实现反作用力的降低(低反作用力)时，允许将副密封部14、24的高度尺寸某种程度上设定得较大。因此，能够事先避免发生因副密封部14、24的高度尺寸不足而不在相反侧的唇状密封部12、22产生面压力的事态，由此能够确保密封垫整体的密封性。

需要说明的是，在该实施方式中，倾斜面15、25及反作用力承受部16、26设于阳极侧密封垫11的副密封部14及阴极侧密封垫21的副密封部24双方，但是这些倾斜面15、25及反作用力承受面16、26也可以只设于任意一方的副密封部14、24。

副密封部14、24也可以是以下构成。

[第2实施方式]

在图5所示例中，除上述第1实施方式的构成以外，为调节产生的反作用力的大小，还在副密封部14、24的倾斜面15、25的一部分设有凹部19、29。凹部19、29被形成为沿副密封部14、24的长度方向延伸的槽。凹部19、29形成为截面呈圆弧形。凹部19、29也可以设有多个。也可以取代凹部19、29而设置凸部(未图示)，或是在设有凹部19、29的同时设置凸部(未图示)。在这样的情况下，凸部形成为沿副密封部14、24的长度方向延伸的突条。凸部的截面形状为圆弧状。凸部也可以设有多个。

[第3实施方式]

在图6所示例中，为调节产生的反作用力的大小，副密封部14、24中的与唇状密封部12、22相反侧的侧面17、27形成为倾斜面状的侧面，该倾斜面沿随着远离唇状密封部12、22而高度尺寸逐渐缩小的方向倾斜。由此当副密封部14、24的侧面17、27以倾斜面状形成时，反作用力承受部16、26不容易向侧面17、27那一方倾倒。

[第4实施方式]

在图7所示例中，为调节产生的反作用力的大小，在唇状密封部12、22与副密封部14、24之间设有具有平坦面的平坦部20、30。在密封垫11、21的全宽为一定的情况下，当设有平坦部20、30时，副密封部14、24的宽度减小，相应地，倾斜面15、25的倾斜角度被形成得变大。

[第5实施方式]

在图8所示例中，为调节产生的反作用力的大小，在唇状密封部12、22与副密封部14、24之间与上述第4实施方式同样地设有具有平坦面的平坦部20、30。在密封垫11、21的全宽为一定的情况下，当设有平坦部20、30时，副密封部14、24的宽度减小，相应地，倾斜面15、25的倾斜角度被形成得变大。另外，更进一步，还在平坦部20、30的平面上的一部分设有与上述第2实施方式同样的凹部19、29或凸部。

在上述第2至第5实施方式的密封垫中，与第1实施方式的密封垫同样，设有具有倾斜面15、25及反作用力承受部16、26的副密封部14、24，并进一步形成了间隙空间18、28，因此能够减小产生的反作用力的大小，在低压缩时也能够实现密封功能。另外，由于设有凹部19、29、凸部、倾斜面状的侧面17、27或平坦部20、30等，所以能够对产生的反作用力的大小、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。

作为密封垫11、21的材质(橡胶材料)，优选硅材料、EPDM材料、氟材料等，但是并不限定于此。作为框体，适合使用大体上杨氏模量3GPa以上、且厚度250μm左右(在MEA的两侧)的框体。作为框体的材质，可以使用PEN、POM、PPS等。

附图标记的说明

11 阳极侧密封垫

12、22 唇状密封部

14、24 副密封部

15、25 倾斜面

16、26 反作用力承受部

17、27 侧面

18、28 间隙空间

19、29 凹部

20、30 平坦部

21 阴极侧密封垫

31、41 隔膜

51 电解质膜

I 电池内部

O 电池外部

Claims (7)

1.一种燃料电池用密封垫，对电解质膜与配置于所述电解质膜的厚度方向两侧的一对隔膜之间进行密封，所述燃料电池用密封垫包括：

阳极侧密封垫，被保持于一方的所述隔膜，并且一体地具有唇状密封部和副密封部，所述唇状密封部与所述电解质膜的一方的表面接触；所述副密封部的高度低于该唇状密封部；

阴极侧密封垫，被保持于另一方的所述隔膜，并且一体地具有唇状密封部和副密封部，所述唇状密封部配置于分别与所述阳极侧密封垫的所述副密封部和所述唇状密封部在平面上重叠的位置，且与所述电解质膜的另一方的表面接触；所述副密封部的高度低于该唇状密封部；

倾斜面，设于两个所述副密封部的双方，且沿随着远离一体具有的所述唇状密封部而高度逐渐扩大的方向倾斜；和

反作用力承受部，设于所述倾斜面的顶部。

2.根据权利要求1所述的燃料电池用密封垫，其特征在于，

在所述倾斜面的一部分设有凹部。

3.根据权利要求1所述的燃料电池用密封垫，其特征在于，

在所述倾斜面的一部分设有凸部。

4.根据权利要求1所述的燃料电池用密封垫，其特征在于，

所述副密封部中的与所述唇状密封部相反侧的侧面具有沿随着远离所述唇状密封部而高度逐渐缩小的方向倾斜的倾斜面形状。

5.根据权利要求1所述的燃料电池用密封垫，其特征在于，

所述唇状密封部与所述副密封部之间具有平坦部。

6.根据权利要求5所述的燃料电池用密封垫，其特征在于，

在所述平坦部的一部分设有凹部。

7.根据权利要求5所述的燃料电池用密封垫，其特征在于，

在所述平坦部的一部分设有凸部。

Images