JP4773615B2 - 燃料電池用ガスケット - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、密封装置の一種であるガスケットに係り、更に詳しくは、燃料電池にその構成要素の一つとして組み込まれる燃料電池用ガスケットに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、ガスケットは、弾性体を圧縮する際に発生する反発力を一箇所ないし数箇所に集中させ、比較的小さなガスケット反力で、必要な大きさの面圧を得ることができるような断面形状に形成されている。
【0003】
また、燃料電池のイオン交換膜側に使用されるガスケットにおいて、イオン交換膜をガスケットによって保持させる場合には、この保持に必要とされる大きさのガスケット反力を発生させる必要がある。
【0004】
しかしながら、従来技術に係るこの種用途に用いられるガスケット51は、その断面形状が、図5に示すように断面山形ないし断面三角形状に形成されているために、このような形状でガスケット反力をイオン交換膜52を保持し得る水準まで増大させると、これに伴って上昇する面圧を使用可能範囲内に抑えることが困難である。したがって、この従来技術では、ガスケット51のイオン交換膜52またはセパレータ53に対する面圧が過大となるために、イオン交換膜52にダメージを与えたり、イオン交換膜52またはカーボン製セパレータ53を破損させたりすることがある。
【0005】
また、その他のガスケット形状として、図6に示すように平板状のものが存在するが、この平板状のガスケット51においては、ガスケット51の圧縮量に対して反力および面圧が急激に上昇する。したがって、適正な反力および面圧範囲で使用するためには、ガスケット51の圧縮量を厳しく管理する必要がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の点に鑑みて、イオン交換膜を保持し得る反力を有する一方で、イオン交換膜またはセパレータに対する面圧の過上昇を抑えることができ、もってイオン交換膜またはセパレータが破損するのを防止することが可能な燃料電池用ガスケットを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の燃料電池用ガスケットは、燃料電池におけるセパレータとイオン交換膜との間に介装されるガスケットにおいて、その断面形状を、セパレータとの接触幅よりもイオン交換膜との接触幅の方を大きく設定した形状で、かつ、圧縮時にセパレータとの接触幅が圧縮量の増加に伴って徐々に大きくなる形状とし、当該ガスケットのセパレータ側接触面およびイオン交換膜側接触面は何れも断面円弧状の凸面であることを特徴とするものである。
【0008】
上記構成を備えた本発明の燃料電池用ガスケットにおいては、当該ガスケットとイオン交換膜との接触面積が比較的大きく形成されているために、イオン交換膜を保持するのに必要とされる大きさのガスケット反力を発生させても、当該ガスケットのイオン交換膜に対する面圧の大きさを小さく抑えることが可能となる。また、圧縮量の増加に伴って当該ガスケットとセパレータとの接触面積が徐々に増加するために、圧縮量に対するガスケット反力および面圧の上昇勾配を低く抑えることが可能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
【0010】
図1は、本発明の実施例に係る燃料電池用ガスケット1の自由状態における断面を示しており、図2に示すように、このガスケット1、セパレータ2およびイオン交換膜3によりスタック4を組み立てて、通しボルト(図示せず)を用いて図上上下方向に締め付けることにより、ガスケット1は圧縮されて、図1に鎖線で示すように弾性変形する。スタック4は、上下一対のセパレータ2の間にイオン交換膜3を配置するとともに、各セパレータ2とイオン交換膜3の間にそれぞれガスケット1を対称的に配置したものである。セパレータ2は通常、カーボンの焼成品によって形成されており、イオン交換膜3は厚さ約0.05mm程度に形成されている。
【0011】
ガスケット1は、その断面形状において、セパレータ2に接触する平面状のセパレータ側接触面1aと、イオン交換膜3に接触する平面状のイオン交換膜側接触面1bと、セパレータ側接触面1aからイオン交換膜側接触面1bへかけてその間隔が徐々に拡大するように傾斜した内外の側面1cとを有して、断面略台形状に形成されており、更に詳しくは、セパレータ側接触面1aを短辺とするとともにイオン交換膜側接触面1bを長辺とする台形状に形成されている。台形の四隅はそれぞれ断面円弧状に丸みが付けられている。
【0012】
また、このガスケット1は、シリコーンゴム、EPDMまたはフッ素ゴム等のゴム状弾性材を成形材料として成形されている。
【0013】
このガスケット1は、上記構成によりその断面形状が、セパレータ2との接触幅Aよりもイオン交換膜3との接触幅Bの方が大きく設定された形状に形成されており、かつ、圧縮時にセパレータ2との接触幅Aが圧縮量の増加に伴って、AからA'(=1.2〜2×A)へと徐々に大きくなる形状に形成されている。セパレータ2との接触幅Aは通常、1〜5mm程度、好ましくは、1.5〜3mm程度に設定される。
【0014】
このガスケット1を用いて、図2に示したようにスタック4を組み立てて、通しボルトを締め付けることにより、ガスケット1は圧縮されて、図1に鎖線で示したように弾性変形する。このとき、ガスケット1の反力が0.5〜5N/mmにて発生するが、セパレータ2との接触幅がAからA'へと大きくなるために、発生する面圧の大きさを0.25〜2.5MPa程度に抑制することが可能である。
【0015】
したがって、上記構成のガスケット1によれば、イオン交換膜3を保持するのに必要とされる大きさのガスケット反力を発生させても、当該ガスケット1のイオン交換膜3に対する面圧の大きさを小さく抑えることができ、また、圧縮量の増加に伴って当該ガスケット1とセパレータ2との接触面積が徐々に増加するために、圧縮量に対するガスケット反力および面圧の上昇勾配を低く抑えることができる。したがって、面圧の過上昇によりセパレータ2またはイオン交換膜3が破損するのを防止することができる。
【0016】
尚、ガスケット1の断面形状について、上記実施例では、セパレータ側接触面1aおよびイオン交換膜側接触面1bを何れも平面状(直線状)としたが、図3に示すように、これらの面1a,1bは断面円弧状の凸面であり、同様の作用効果を奏することが可能である。
【0017】
また、上記実施例では、図2に示したように、上下一対のガスケット1を何れも実施例形状としたが、図4に示すように、一の実施例形状のガスケット1を他の形状のガスケット5と組み合わせて使用するようにしても良い。
【0018】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
【0019】
すなわち、上記構成を備えた本発明の燃料電池用ガスケットにおいては、当該ガスケットとイオン交換膜との接触面積が比較的大きく形成されているために、イオン交換膜を保持するのに必要とされる大きさのガスケット反力を発生させても、当該ガスケットのイオン交換膜に対する面圧の大きさを小さく抑えることができ、また、圧縮量の増加に伴って当該ガスケットとセパレータとの接触面積が徐々に増加するために、圧縮量に対するガスケット反力および面圧の上昇勾配を低く抑えることができる。したがって、面圧の過上昇によりセパレータまたはイオン交換膜が破損するのを防止することができる。また、セパレータによるガスケット圧縮量のバラツキを吸収することができることから、スタックの組付精度を緩和することができる。
【0020】
また、本発明の燃料電池用ガスケットによってイオン交換膜を保持することが可能であるために、イオン交換膜を固定するための部材を省略することができるとともに、高価なイオン交換膜の面積を縮小することができることから、材料費を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る燃料電池用ガスケットの断面図
【図2】同燃料電池用ガスケットの組付状態(締付前)を示す断面図
【図3】燃料電池用ガスケットの断面形状の他の例を示す断面図
【図4】燃料電池用ガスケットの組付状態(締付前)の他の例を示す断面図
【図5】従来例に係る燃料電池用ガスケットの組付状態(締付後)を示す断面図
【図6】他の従来例に係る燃料電池用ガスケットの組付状態(締付後)を示す断面図
【符号の説明】
1 燃料電池用ガスケット
1a セパレータ側接触面
1b イオン交換膜側接触面
1c 側面
2 セパレータ
3 イオン交換膜
4 スタック
5 ガスケット
Claims (1)
- 燃料電池におけるセパレータ(2)とイオン交換膜(3)との間に介装されるガスケット(1)において、
その断面形状を、セパレータ(2)との接触幅(A)よりもイオン交換膜(3)との接触幅(B)の方を大きく設定した形状で、かつ、圧縮時にセパレータ(2)との接触幅(A)が圧縮量の増加に伴って徐々に大きくなる形状とし、
当該ガスケット(1)のセパレータ側接触面(1a)およびイオン交換膜側接触面(1b)は何れも断面円弧状の凸面であることを特徴とする燃料電池用ガスケット。
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