KR102001307B1 - 개스킷 및 연료 전지 스택 - Google Patents
개스킷 및 연료 전지 스택 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102001307B1 KR102001307B1 KR1020170129957A KR20170129957A KR102001307B1 KR 102001307 B1 KR102001307 B1 KR 102001307B1 KR 1020170129957 A KR1020170129957 A KR 1020170129957A KR 20170129957 A KR20170129957 A KR 20170129957A KR 102001307 B1 KR102001307 B1 KR 102001307B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- point
- gasket
- outer circumferential
- center point
- stacking direction
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
- H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
- H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
- H01M8/0265—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant the reactant or coolant channels having varying cross sections
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
- H01M8/0276—Sealing means characterised by their form
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
- H01M8/2485—Arrangements for sealing external manifolds; Arrangements for mounting external manifolds around a stack
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
시일부 (21) 는, 중심점을 중심으로 적층 방향에 대해 0 도로부터 90 도까지의 제 1 범위 내에 있어서의 외주선 상의 일점으로서, 중심점으로부터의 거리가 제 1 길이 L1 인 외주점 (P1) 을 갖고, 중심점으로부터 외주점 (P1) 을 향하는 제 1 방향과 적층 방향이 이루는 제 1 범위 내에 있어서의 외주선 상의 각 점은, 중심점으로부터의 거리를 제 2 길이 L2 로 하였을 때, L2 ≤ L1 이고, 제 1 방향과 적층 방향에 수직인 방향이 이루는 제 2 범위 내에 있어서의 외주선 상의 각 점은, 중심점으로부터의 거리를 L3 으로 하였을 때, L3 < L1 이며, 또한, 적층 방향에 수직인 방향에 있어서, 외주점 (P1) 에 대해 중심점과는 반대측 혹은 외주점 (P1) 과 동일한 위치에 위치한다.
Description
본 발명은, 연료 전지 스택에 사용되는 개스킷과, 연료 전지 스택에 관한 것이다.
일반적으로, 연료 전지 스택은, 복수의 셀을 적층한 스택 구조를 가지고 있다. 각 셀은, 막 전극 접합체와, 막 전극 접합체를 사이에 두는 2 장의 세퍼레이터를 갖는다. 세퍼레이터에는, 반응 가스 유로나, 냉각 매체 유로, 반응 가스 매니폴드, 냉각 매체 매니폴드가 형성되어 있는 점에서, 이들 주위에는 적절히 각각의 유체의 누설을 억제하기 위한 개스킷이 형성된다. 일본 공개특허공보 2006-4851에는, 세퍼레이터에 밀접하는 주 (主) 립을 갖는 비접착 타입의 개스킷이 개시되어 있다.
상기 선행 기술의 개스킷을 사용하는 구성에 있어서, 적층 방향과 교차하는 방향으로부터 압축력이 부여된 경우에, 상기 개스킷이 길이 방향을 축으로 하여 경사짐으로써, 적층 방향으로 돌출된 주립부가 세퍼레이터의 면으로부터 어긋나는 경우가 있었다. 이 경우, 연료 전지 스택의 셀 간에 면압을 충분히 부여할 수 없어, 충분한 시일성을 확보하지 못하였다. 이 때문에, 비접착 타입의 개스킷에 있어서, 충분한 시일성을 확보할 수 있는 기술이 요망되고 있었다.
본 발명의 제 1 양태는, 적층 방향으로 이웃하는 2 개의 연료 전지 스택의 셀의 각 세퍼레이터의 사이에 비접착으로 배치되고, 상기 각 세퍼레이터의 사이를 봉지하는 개스킷에 관한 것이다. 상기 개스킷은, 상기 2 개의 세퍼레이터에 밀착되는 시일부를 갖는다. 상기 시일부는, 상기 시일부의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서;상기 시일부의 중심점을 중심으로 상기 적층 방향에 대해 0 도로부터 90 도까지의 직각 범위 내에 있어서의 외주선 상의 일점으로서, 상기 중심점으로부터의 거리가 제 1 길이 L1 인 외주점을 갖고;상기 중심점으로부터 상기 외주점을 향하는 제 1 방향과 상기 적층 방향이 이루는 제 1 각도 범위 내에 있어서의 외주선 상의 각 점은, 상기 중심점으로부터의 거리를 제 2 길이 L2 로 하였을 때, L2 ≤ L1 의 관계에 있고;상기 제 1 방향과 상기 적층 방향에 수직인 방향이 이루는 제 2 각도 범위 내에 있어서의 외주선 상의 각 점은, 상기 중심점으로부터의 거리를 L3 으로 하였을 때, L3 < L1 의 관계에 있으며, 또한, 상기 적층 방향에 수직인 방향에 있어서, 상기 외주점에 대해 상기 중심점과는 반대측 혹은 상기 외주점과 동일한 위치에 위치한다.
이 개스킷에 의하면, 0 도로부터 90 도까지의 직각 범위 내에 외주점이 존재하고, 외주점보다 0 도측의 제 1 각도 범위 내에 있어서의 외주선 상의 각 점은, 중심점으로부터의 길이 (거리) L2 가, 중심점으로부터 상기 외주점까지의 길이 (거리) L1 이하가 된다. 이 때문에, 제 1 각도 범위 내의 외주선에 있어서는, 상기의 외주점이, 중심점으로부터 가장 떨어진 부분이 된다. 개스킷이 길이 방향을 축으로 하여 경사진 경우에, 중심점에 대한 외주점의 방향이 개스킷의 압축 방향에 가까워지도록 작용할 수 있다. 이 때문에, 개스킷이 경사진 경우에도, 시일성에 기여하는 두께를 충분히 확보할 수 있다. 또, 이 개스킷에 의하면, 외주점보다 90 도측의 제 2 각도 범위 내에 있어서의 외주선 상의 각 점은, 중심점으로부터의 거리 L3 이, 중심점으로부터 상기 외주점까지의 길이 (거리) L1 보다 짧으며, 또한, 상기 적층 방향에 수직인 방향에 있어서, 상기 외주점에 대해 상기 중심점과는 반대측 혹은 상기 외주점과 동일한 위치에 위치한다. 이 때문에, 압축 방향으로부터 평면에서 보았을 때에, 압축 범위에 개스킷 재료를 확실하게 충전할 수 있다. 이 때문에, 압축시의 반력의 저감을 억제할 수 있다. 따라서, 이 개스킷에 의하면, 개스킷이 경사진 경우에도 세퍼레이터와 밀접하는 부위를 확보할 수 있는 점, 및, 압축시의 반력의 저감을 억제할 수 있는 점에서, 연료 전지 스택의 세퍼레이터 사이에 면압을 충분히 부여할 수 있어, 충분한 시일성을 확보할 수 있는 효과를 발휘한다.
상기 외주점은, 상기 시일부의 외주선을 구성하는 점렬 중에서 상기 중심점으로부터 가장 떨어진 점으로 해도 된다. 이와 같이 하면, 개스킷이 경사진 경우에 세퍼레이터와 밀접하는 부위를 보다 확보할 수 있다.
상기 시일부의 외주선은, 상기 중심점을 중심으로 하여 상기 제 1 길이를 반경으로 하는 원호 형상의 부분을 갖고, 상기 외주점은, 상기 원호 형상의 부분을 구성하는 점렬 중에서, 상기 적층 방향에 수직인 방향에 있어서의 상기 중심점으로부터의 거리가 가장 긴 점으로 해도 된다. 이와 같이 하면, 개스킷이 경사진 경우에 세퍼레이터와 밀접하는 부위를 원호 형상의 부분으로서 확보할 수 있다.
상기 제 2 각도 범위 내에 있어서의 외주선 상의 각 점은, 상기 적층 방향에 있어서 상기 중심점에 가까워짐에 따라, 상기 적층 방향에 수직인 방향에 있어서의 상기 중심점으로부터의 거리가 점차 커지고 있어도 된다. 이와 같이 하면, 간단한 형상으로 충분한 시일성을 확보할 수 있다.
상기 시일부는, 단면이 원형인 O 링부와, 상기 O 링부의 외주에 배치 형성되는 제 1 돌출부를 구비하고, 상기 외주점은, 상기 제 1 돌출부의 정점인 것으로 해도 된다. 이와 같이 하면, 외주점을 용이하게 얻을 수 있어, 충분한 시일성을 확보할 수 있다.
상기 단면에 있어서, 상기 중심점을 원점으로 하는 좌표 평면을 상정하였을 때에, 상기 직각 범위는, 상기 좌표 평면에 있어서 우상 (右上) 에 위치하는 제 1 상한 (象限) 에 해당하고, 상기 시일부에 있어서의 좌상 (左上) 에 위치하는 제 2 상한에 포함되는 부분은, 상기 시일부에 있어서의 상기 제 1 상한에 포함되는 부분과 선 대칭이어도 된다. 이와 같이 하면, 제 1 상한의 부분과 제 2 상한의 부분 양방에서 외주점을 얻을 수 있는 점에서, 보다 충분한 시일성을 확보할 수 있다.
상기 시일부의 상기 적층 방향에 수직인 방향의 양측에 형성된 판 형상의 주연부 (周緣部) 를 구비하고, 상기 제 2 각도 범위 내에 있어서의 외주선은, 상기 시일부에 있어서의 상기 주연부가 연결된 부분을 포함하지 않아도 된다. 이와 같이 하면, 주연부가 세퍼레이터에 닿음으로써, 개스킷이 길이 방향을 축으로 하여 경사지는 것을 억제할 수 있다.
상기 주연부의 면으로부터 상기 적층 방향으로 돌출되는 제 2 돌출부를 구비해도 된다. 이와 같이 하면, 제 2 돌출부가 세퍼레이터에 닿음으로써, 개스킷이 길이 방향을 축으로 하여 경사지는 것을 보다 억제할 수 있다.
본 발명의 제 2 양태는, 복수의 셀이 적층 방향으로 적층된 연료 전지 스택에 관한 것이다. 이 연료 전지는, 제 1 양태의 개스킷을 구비한다. 이 연료 전지 스택에 의하면, 개스킷이 경사진 경우에도, 각 세퍼레이터의 사이를 충분히 봉지 (시일) 할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태들의 특징들, 장점들 및 기술적 그리고 산업적 중요성은 첨부된 도면을 참조하여 이하 설명되고, 동일한 도면부호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 연료 전지 시스템의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
도 2 는, 셀의 애노드측 세퍼레이터를 MEA 와는 반대측에서 본 개략 평면도이다.
도 3 은, 도 2 에 나타낸 애노드측 세퍼레이터의 III-III 단면을 나타내는 설명도이다.
도 4 는, 개스킷의 길이 방향에 수직인 단면을 나타내는 설명도이다.
도 5 는, 개스킷이 길이 방향을 축으로 하여 경사진 경우의 모습을 나타내는 설명도이다.
도 6 은, 제 3 참고예의 개스킷의 길이 방향에 수직인 단면을 나타내는 설명도이다.
도 7 은, 제 4 참고예의 개스킷의 길이 방향에 수직인 단면을 나타내는 설명도이다.
도 8 은, 제 1 실시형태의 제 1 변형예에 있어서의 개스킷의 일부분을 나타내는 설명도이다.
도 9 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 개스킷을 나타내는 설명도이다.
도 10 은, 제 2 실시형태의 개스킷이 길이 방향을 축으로 하여 경사진 경우의 모습을 나타내는 설명도이다.
도 11 은, 제 2 실시형태의 제 1 변형예에 있어서의 개스킷의 일부분을 나타내는 설명도이다.
도 12 는, 제 2 실시형태의 제 2 변형예에 있어서의 개스킷을 나타내는 설명도이다.
도 13 은, 제 3 실시형태의 개스킷이 배치된 애노드측 세퍼레이터를 나타내는 설명도이다.
도 14 는, 제 3 실시형태의 변형예에 있어서의 개스킷의 일부분을 나타내는 설명도이다.
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 연료 전지 시스템의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
도 2 는, 셀의 애노드측 세퍼레이터를 MEA 와는 반대측에서 본 개략 평면도이다.
도 3 은, 도 2 에 나타낸 애노드측 세퍼레이터의 III-III 단면을 나타내는 설명도이다.
도 4 는, 개스킷의 길이 방향에 수직인 단면을 나타내는 설명도이다.
도 5 는, 개스킷이 길이 방향을 축으로 하여 경사진 경우의 모습을 나타내는 설명도이다.
도 6 은, 제 3 참고예의 개스킷의 길이 방향에 수직인 단면을 나타내는 설명도이다.
도 7 은, 제 4 참고예의 개스킷의 길이 방향에 수직인 단면을 나타내는 설명도이다.
도 8 은, 제 1 실시형태의 제 1 변형예에 있어서의 개스킷의 일부분을 나타내는 설명도이다.
도 9 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 개스킷을 나타내는 설명도이다.
도 10 은, 제 2 실시형태의 개스킷이 길이 방향을 축으로 하여 경사진 경우의 모습을 나타내는 설명도이다.
도 11 은, 제 2 실시형태의 제 1 변형예에 있어서의 개스킷의 일부분을 나타내는 설명도이다.
도 12 는, 제 2 실시형태의 제 2 변형예에 있어서의 개스킷을 나타내는 설명도이다.
도 13 은, 제 3 실시형태의 개스킷이 배치된 애노드측 세퍼레이터를 나타내는 설명도이다.
도 14 는, 제 3 실시형태의 변형예에 있어서의 개스킷의 일부분을 나타내는 설명도이다.
A. 제 1 실시형태:
A-1. 연료 전지 시스템 전체의 구성:
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 연료 전지 시스템 (10) 의 개략 구성을 나타내는 설명도이다. 연료 전지 시스템 (10) 은, 연료 전지 스택 (100) 을 구비하고 있다. 연료 전지 스택 (100) 은, 엔드 플레이트 (110) 와, 절연판 (120) 과, 집전판 (130) 과, 복수의 연료 전지 스택 (100) 의 셀 (140) 과, 집전판 (130) 과, 절연판 (120) 과, 엔드 플레이트 (110) 가 이 순서로 적층된 스택 구조를 가지고 있다. 또한, 셀 (140) 의 적층 방향은, 연직 방향 (Y) 에 수직인 방향 (Z) 으로 되어 있다. 일방의 엔드 플레이트 (110) 와 타방의 엔드 플레이트 (110) 의 사이는, 4 개의 체결 볼트 (도시 생략) 에 의해 압축력이 부여되어 체결되어 있다.
연료 전지 스택 (100) 에는, 고압 수소를 저장한 수소 탱크 (150) 로부터, 셧 밸브 (151), 레귤레이터 (152), 배관 (153) 을 개재하여, 연료 가스로서의 수소가 공급된다. 연료 전지 스택 (100) 에 있어서 이용되지 않았던 연료 가스 (애노드 오프 가스) 는, 배출 배관 (163) 을 개재하여 연료 전지 스택 (100) 의 외부로 배출된다. 또한, 연료 전지 시스템 (10) 은, 애노드 오프 가스를 배관 (153) 측으로 재순환시키는 재순환 기구를 갖는 것으로 해도 된다. 연료 전지 스택 (100) 에는, 또, 에어 펌프 (160) 및 배관 (161) 을 개재하여, 산화제 가스로서의 공기가 공급된다. 연료 전지 스택 (100) 에 있어서 이용되지 않았던 산화제 가스 (캐소드 오프 가스) 는, 배출 배관 (154) 을 개재하여 연료 전지 스택 (100) 의 외부로 배출된다. 또한, 연료 가스 및 산화제 가스는, 반응 가스라고도 불린다.
또한, 연료 전지 스택 (100) 에는, 연료 전지 스택 (100) 을 냉각시키기 위해, 워터 펌프 (171) 및 배관 (172) 을 개재하여, 라디에이터 (170) 에 의해 냉각된 냉각 매체가 공급된다. 연료 전지 스택 (100) 으로부터 배출된 냉각 매체는, 배관 (173) 을 개재하여 라디에이터 (170) 에 순환된다. 냉각 매체로는, 예를 들어, 물, 에틸렌글리콜 등의 부동수, 공기 등이 사용된다. 본 예에서는, 냉각 매체로서 물이 사용된다.
연료 전지 스택 (100) 에 구비되는 각 셀 (140) 은, 전해질막의 양면에, 각각, 애노드 및 캐소드가 배치된 막 전극 접합체 (MEA 라고도 불린다) (30) 가 1 쌍의 세퍼레이터, 즉 애노드측 세퍼레이터 (50) 와 캐소드측 세퍼레이터 (40) 에 의해 협지 (挾持) 된 구성으로 되어 있다. 애노드측 세퍼레이터 (50) 는, MEA (30) 측의 면에 줄무늬 형상의 복수의 연료 가스 유로 홈 (52) 을 구비하고, MEA (30) 와 반대측의 면에 줄무늬 형상의 복수의 냉각 매체 유로 홈 (54) 을 구비한다. 캐소드측 세퍼레이터 (40) 는, MEA (30) 측의 면에 줄무늬 형상의 복수의 산화제 가스 유로 홈 (42) 을 구비한다. 또한, 애노드측 세퍼레이터 (50) 및 캐소드측 세퍼레이터 (40) 에 의해 협지되는 MEA (30) 의 외주에는, 절연성을 갖는 수지제의 프레임 부재 (32) 가 형성되어 있다.
도 2 는, 셀 (140) 의 애노드측 세퍼레이터 (50) 를 MEA (30) 와는 반대측에서 본 개략 평면도이다. 도 2 에 있어서, 표리 방향이 적층 방향 (Z) 이며, 상하 방향이 연직 방향 (Y) 이다. 본 명세서에서는, 연직 방향 (Y) 은, 중력 방향과 중력과 반대 방향을 포함하는 것으로 한다. 또, 연직 방향 (Y) 및 적층 방향 (Z) 에 수직인 도면 중의 좌우 방향은 수평 방향 (X) 이다. 애노드측 세퍼레이터 (50) 및 캐소드측 세퍼레이터 (40) 는, 가스 차단성 및 전자 전도성을 갖는 부재에 의해 구성되어 있고, 예를 들어, 카본 입자를 압축하여 가스 불투과로 한 치밀질 카본 등의 카본제 부재나, 프레스 성형한 스테인리스강이나 티탄강 등의 금속 부재에 의해 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 세퍼레이터 (40, 50) 는 메탈 프레스 세퍼레이터이다.
애노드측 세퍼레이터 (50) 의 수평 방향 (X) 의 일단 가장자리부에는, 연료 가스 입구 매니폴드 (62) 와, 냉각 매체 출구 매니폴드 (84) 와, 산화제 가스 입구 매니폴드 (72) 가 연직 방향 (Y) 을 따라 위에서부터 순서대로 배치되어 있다. 이에 반하여, 타단 가장자리부에는, 산화제 가스 출구 매니폴드 (74) 와, 냉각 매체 입구 매니폴드 (82) 와, 연료 가스 출구 매니폴드 (64) 가 연직 방향 (Y) 을 따라 위에서부터 순서대로 나란히 배치되어 있다. 연료 가스 입구 매니폴드 (62) 와 연료 가스 출구 매니폴드 (64) 는, 수평 방향 (X) 의 양측의 외연 부분에서 점 대칭이 되도록 배치되어 있다. 산화제 가스 입구 매니폴드 (72) 와 산화제 가스 출구 매니폴드 (74) 는, 수평 방향 (X) 의 양측의 외연 부분에서 점 대칭이 되도록 배치되어 있다. 냉각 매체 입구 매니폴드 (82) 와 냉각 매체 출구 매니폴드 (84) 는, 수평 방향 (X) 의 양측의 외연 부분에서 점 대칭이 되도록 배치되어 있다.
연료 가스 입구 매니폴드 (62) 로부터 공급된 연료 가스는, 셀 (140) 의 연료 가스 유로 홈 (52) (도 1) 에 분배된 후, 연료 가스 출구 매니폴드 (64) 에 의해 연료 가스 유로 홈 (52) 에 있어서 이용되지 않았던 연료 가스가 모아져, 연료 전지 스택 (100) 의 외부로 배출된다. 또, 산화제 가스 입구 매니폴드 (72) 로부터 공급된 산화제 가스는, 셀 (140) 의 산화제 가스 유로 홈 (42) (도 1) 에 분배된 후, 산화제 가스 출구 매니폴드 (74) 에 의해 산화제 가스 유로 홈 (42) 에 있어서 이용되지 않았던 산화제 가스가 모아져, 연료 전지 스택 (100) 의 외부로 배출된다.
또한, 냉각 매체 입구 매니폴드 (82) 로부터 공급된 냉각 매체는, 애노드측 세퍼레이터 (50) 의 딤플 (56) 이 형성된 일단을 개재하여 확산되고, 냉각 매체 유로 홈 (54) 을 흘러, 냉각 매체 유로 홈 (54) 으로부터 딤플 (56) 이 형성된 타단을 개재하여, 냉각 매체 출구 매니폴드 (84) 에 의해 모아져, 연료 전지 스택 (100) 의 외부로 배출된다. 또, 애노드측 세퍼레이터 (50) 의 MEA (30) 와는 반대측에서 본 평면에 있어서, 냉각 매체 입구 매니폴드 (82) 와 냉각 매체 유로 홈 (54) 과 냉각 매체 출구 매니폴드 (84) 는, 수평 방향 (X) 으로 서로 연통되어, 냉각 매체 유로면 (200) 을 구성한다. 또한, 각 매니폴드 (62, 64, 72, 74, 82, 84) 는 개구가 대략 사각형상이다. 또, 각 매니폴드는 연료 전지 스택 (100) 의 적층 방향 (Z) 으로 연장되는 형상을 가지고 있다.
애노드측 세퍼레이터 (50) 의 MEA (30) 와는 반대측에서 본 평면에는, 각 매니폴드 (62, 64, 72, 74) 및 냉각 매체 유로면 (200) 을 각각 둘러싸는 개스킷 (GK1 ∼ GK5) 이 형성되어 있다. 개스킷 (GK1 ∼ GK5) 은, 닫힌 (양단이 일치한) 선상의 시일 라인을 구성하고, 복수의 셀 (140) 을 적층하였을 때에, 인접하는 다른 셀 (140) 의 표면에 맞닿아, 2 개의 셀 (140) 의 사이를 시일 (봉지) 하는 시일재이다. 구체적으로는, 개스킷 (GK1, GK2) 이 연료 가스의 누설을 억제하기 위한 것이고, 개스킷 (GK3, GK4) 이 산화제 가스의 누설을 억제하기 위한 것이며, 개스킷 (GK5) 이 냉각 매체의 누설을 억제하기 위한 것이다. 이들 개스킷 (GK1 ∼ GK5) 은, 사출 성형이나 프레스 성형 등에 의해 형성되는 것으로, 개스킷 (GK1 ∼ GK5) 의 재료로는, 고무나 열가소성 엘라스토머 등을 사용할 수 있다. 이들 개스킷 (GK1 ∼ GK5) 이 배치되는 영역 (애노드측 세퍼레이터 (50) 의 MEA (30) 와는 반대측에서 본 평면의 일부) 에는, 홈부 (80) 가 형성되어 있다. 개스킷 (GK1 ∼ GK5) 에는 공동이 없다.
A-2. 개스킷의 구성:
도 2 중에는, 애노드측 세퍼레이터 (50) 의 산화제 가스 출구 매니폴드 (74) 부근에 형성된 개스킷 (GK4) 의 평면에서 본 모습을 나타냈다. 개스킷 (GK4) 은, 시일 라인을 따르는 방향으로 연장되고, 시일 라인의 폭 방향의 중앙 부근에 중앙 시일부 (21) 를 구비하고, 중앙 시일부 (21) 의 양측에 주연부 (22) 를 구비한다 (도 3 참조). 중앙 시일부 (21) 와 주연부 (22) 는, 일체로 형성되어 있다.
도 3 은, 도 2 에 나타낸 애노드측 세퍼레이터 (50) 의 III-III 단면을 나타내는 설명도이다. III-III 단면은, 개스킷 (GK4) 에 있어서는, 길이 방향 (선상의 연장 방향) 에 수직인 단면이다. 개스킷 (GK4) 의 중앙 시일부 (21) 는, 복수의 셀 (140) (도 2) 을 적층한 상태에서, 이웃하는 2 개의 셀 (140) 중 일방의 셀 (140) 의 애노드측 세퍼레이터 (50) 와, 타방의 셀 (140) 의 캐소드측 세퍼레이터 (40) 에 밀착되도록 기능한다. 개스킷 (GK4) 의 주연부 (22) 는, 평판 형상이며, 중앙 시일부 (21) 에 있어서의 수평 방향 (X) 의 양측, 또한 적층 방향 (Z) 에 있어서는 중앙 부근에 연결되어 있다. 주연부 (22) 는, 중앙 시일부 (21) 보다 두께가 작게 구성되어 있다. 본 명세서에 있어서, 「두께」란, 셀 (140) 의 적층 방향 (Z) 의 치수를 의미한다. 개스킷 (GK4) 의 폭 (Wg) 은 홈부 (80) 의 폭 (Ws) 보다 작게 구성되어 있고, 홈부 (80) 내에 개스킷 (GK4) 은 배치된다. 또한, 개스킷 (GK4) 에 있어서의 형상적 특징은, 다른 개스킷 (GK1 ∼ GK3, GK5) 에 있어서도 동일하다.
연료 전지 스택 (100) 을 조립할 때에는, 셀 (140) 의 애노드측 세퍼레이터 (50) 에 형성된 홈부 (80) 에 개스킷 (GK1 ∼ GK5) 이 배치된 상태에서, 인접하는 다른 셀 (140) 의 캐소드측 세퍼레이터 (40) 가 애노드측 세퍼레이터 (50) 에 닿는다. 도 3 에는, 이 닿기 직전의 상태가 나타내어져 있다. 도면 중에 있어서, 인접하는 다른 셀 (140) 의 캐소드측 세퍼레이터 (40) 는 파선으로 나타냈다. 이 때, 개스킷 (GK4) 의 중앙 시일부 (21) 는, 캐소드측 세퍼레이터 (40) 와 애노드측 세퍼레이터 (50) 에 접하고 있다.
도 4 는, 개스킷 (GK4) 의 길이 방향에 수직인 단면을 나타내는 설명도이다. 도시의 사정으로부터, 단면을 나타내기 위한 해치는 생략하고 있다. 개스킷 (GK4) 의 중앙 시일부 (21) 는, 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 다음과 같은 형상적 특징을 갖는다. 또한, 중앙 시일부 (21) 를,[발명의 개요]란에 기재한 본 발명의 제 1 양태에 있어서의 「시일부」로 간주할 수 있다.
단면을 따른 좌표 평면은, 수평 방향 (X) 을 따른 좌표축 (이하, 「X 좌표축」이라고 부른다) 과 적층 방향 (Z) 을 따른 좌표축 (이하, 「Z 좌표축」이라고 부른다) 에 의해, 제 1 상한 (X > 0, Z > 0 의 부분), 제 2 상한 (X < 0, Z > 0 의 부분), 제 3 상한 (X < 0, Z < 0 의 부분), 제 4 상한 (X > 0, Z < 0 의 부분) 으로 나뉜다. X 좌표축과 Z 좌표축이 교차하는 원점은, 중앙 시일부 (21) 의 상기 단면에 있어서의 중심점 (O) 과 일치한다.
중앙 시일부 (21) 는, 제 1 상한의 부분과 제 2 상한의 부분이 Z 좌표축에서 선 대칭이 되고, 제 1 상한의 부분과 제 3 상한의 부분이 중심점 (O) 에서 점 대칭이 되며, 제 1 상한의 부분과 제 4 상한의 부분이 X 좌표축에서 선 대칭이 되어 있다. 이하, 제 1 상한의 부분에 대해, 제 2 ∼ 제 4 상한의 부분을 대표하여 설명한다.
또한, 제 1 상한은, 전술한 바와 같이, X > 0, Z > 0 의 부분이다. 바꾸어 말하면, 제 1 상한은, 중앙 시일부 (21) 의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 Z 좌표축의 + 측 (이하, 「+Z 좌표축」이라고 부른다) 을 기준으로 하여 시계 방향으로 0 도로부터 90 도까지의 각도 범위 (직각 범위) 내의 부분이다. 제 1 상한의 부분을, 본 발명의 제 1 양태에 있어서의 「직각 범위 내」로 간주할 수 있다.
제 1 상한의 부분에 있어서, 중앙 시일부 (21) 의 외주 (외주선) 는, 외주 상부 (21a) 와, 외주 중간부 (21b) 와, 외주 측부 (21c) 를 포함한다.
외주 상부 (21a) 는, 적층 방향 (Z) 의 도면 중의 상측 (+Z 측) 의 부분이며, X 좌표축에 평행한 직선 형상으로 되어 있다. 즉, 외주 상부 (21a) 는, X-Y 평면에 평행한 평면 형상이다. 외주 상부 (21a) 와 X 좌표축 사이의 거리는 h 이다.
외주 중간부 (21b) 는, 외주 상부 (21a) 의 +X 측 (X 좌표축 방향에 있어서의 + 측, 이하 동일) 의 단부와 연속하는 부분이며, 중앙 시일부 (21) 의 둥그스름함을 가진 모서리부이다. 구체적으로는, 외주 중간부 (21b) 는, 중앙 시일부 (21) 의 외주선 상의 P1 로부터 점 P2 까지의 부분이며, 중심점 (O) 을 중심으로 하는 반경 r 의 원호를 따른 형상으로 되어 있다. 반경 r 은, 거리 h 보다 길다. 외주 중간부 (21b) 의 +X 측의 단부인 점 P1 은, +Z 좌표축에 대해 시계 방향으로 각도 α 를 이루는 방향에 위치한다. 각도 α 는, 예를 들어 35 도이다. 또한, 35 도는 일례이며, 다양한 값으로 바꿀 수 있다. 점 P1 을, 본 발명의 제 1 양태에 있어서의 「외주점」으로 간주할 수 있다.
도면 중의 파선으로 나타낸 원 (CR) 은, 중심점 (O) 을 중심으로 한 반경 r 의 원이다. 외주 중간부 (21b) 는 원 (CR) 의 일부를 따르고 있고, 외주 상부 (21a) 는, 원 (CR) 의 내측 (중심점 (O) 측) 에 위치한다. 이 때문에, 중심점 (O) 으로부터 점 P1 을 향하는 방향과 +Z 좌표축이 이루는 각도 범위 (도면 중의 α 의 부분) 내에 있어서, 외주선 상의 각 점 (예를 들어, 점 P2) 은, 하기의 수학식 (1) 의 관계를 갖는다. 이 각도 범위는, 본 발명의 제 1 양태에 있어서의 「제 1 각도 범위」로 간주할 수 있어, 이하, 「제 1 각도 범위 (α)」라고 부른다.
L2 ≤ r … (1)
여기서, L2 는, 중심점 (O) 으로부터 점 P2 까지의 거리이다. r 은, 전술한 바와 같이 중심점 (O) 으로부터 점 P1 까지의 거리이며, 본 발명의 제 1 양태에 있어서의 「제 1 길이 L1」로 간주할 수 있다.
외주 측부 (21c) 는, 외주 중간부 (21b) 의 +X 측의 단부인 점 P1 과 연속하는 부분이며, 중심점 (O) 으로부터 점 P1 을 향하는 방향과 +X 좌표축이 이루는 각도 범위 (도 4 중의 β 의 범위) 내에 있어서 외주선으로서 기능하는 부분이다. 이 각도 범위는, 본 발명의 제 1 양태에 있어서의 「제 2 각도 범위」로 간주할 수 있어, 이하, 제 2 각도 범위 (β) 라고 부른다. 제 1 상한에 있어서의 개스킷 (GK4) 의 외주선에 있어서, 중앙 시일부 (21) 의 외주선이 차지하는 범위는, 제 2 각도 범위 (β) 내에 있어서는, 점 P1 로부터 점 P3 까지의 부분이다. 점 P3 은, 중앙 시일부 (21) 와 주연부 (22) 의 경계점이다. 이 점 P1 로부터 점 P3 까지의 부분이, 제 2 각도 범위 (β) 내에 있어서 외주선으로서 기능하는 부분이다. 본 명세서에 있어서, 외주선이란, 외측 (대기측) 과 경계가 되는 라인이며, 중앙 시일부 (21) 에 있어서는, 점 P1 로부터 점 P3 까지의 부분이다. 외주선이란, 중앙 시일부 (21) 에 있어서 주연부 (22) 가 연결된 부위, 즉 대기에 개방되어 있지 않은 부위는 포함하지 않는다.
외주 측부 (21c) 는, 점 P1 을 통과하는 적층 방향 (Z) 의 직선 (LN) 보다 X 좌표축 방향에 있어서 +X 측으로 불룩해진 볼록 형상으로 되어 있다. 구체적으로는, Z 좌표축의 값이 작아질수록, 점차, X 좌표축의 값이 커지고 있다. 단, 외주 측부 (21c) 는, 원 (CR) 보다 내측 (중심점 (O) 측) 에 존재한다.
외주 측부 (21c) 는, 다음과 같이 정의할 수도 있다. 외주 측부 (21c) 상의 각 점, 즉, 제 2 각도 범위 (β) 내에 있어서의 외주선 상의 각 점 (예를 들어, 도 4 중의 점 P4 가 해당) 은, 하기의 수학식 (2) 의 관계를 갖는다.
L3 < r … (2)
여기서, L3 은, 중심점 (O) 으로부터 외주선 상의 각 점 (예를 들어, 점 P4) 까지의 거리이다. r 은, 앞서 설명한 중심점 (O) 으로부터 점 P1 까지의 거리, 즉 원 (CR) 의 반경이다.
또한, 외주 측부 (21c) 상의 각 점, 즉, 제 2 각도 범위 (β) 내에 있어서의 외주선 상의 각 점 (예를 들어, 도면 중의 점 P4 가 해당) 은, X 좌표축 방향에 있어서, 점 P1 에 대해 중심점 (O) 과는 반대측 (즉, +X 측) 에 위치한다. 또한, 본 실시형태에서는, 각 점은, X 좌표축 방향에 있어서, 점 P1 에 대해 중심점 (O) 과는 반대측 (즉, +X 측) 에 위치하고 있지만, 이 대신에, X 좌표축 방향에 있어서 점 P1 과 동일한 위치에 위치해도 된다. 또한, 점 P1 과 동일한 위치에 위치하는 것은, 외주 측부 (21c) 를 구성하는 점렬 모두여도 되고, 그 일부여도 된다.
외주 상부 (21a) 와 외주 중간부 (21b) 와 외주 측부 (21c) 중에서, 외주 중간부 (21b) 가 중심점 (O) 으로부터 가장 떨어져 있다. 이 때문에, 외주 중간부 (21b) 는, 시일부의 외주선을 구성하는 점렬 중에서 중심점 (O) 으로부터 가장 떨어진 거리 (= r) 에 있는 점 (이하, 이 점을 「최외점」이라고 부른다) 의 집합이라고 할 수 있다.
도 3 의 상태로부터, 애노드측 세퍼레이터 (50) 와 인접하는 다른 셀 (140) 의 캐소드측 세퍼레이터 (40) 사이에 압축력이 부여되면, 개스킷 (GK4) 은, 적층 방향 (Z) 으로 압축되고, 복원력에 의해 각 세퍼레이터 (40, 50) 에 대해 면압을 부여한다. 상세하게는, 개스킷 (GK4) 의 중앙 시일부 (21) 가 적층 방향 (Z) 으로 변형되고, 중앙 시일부 (21) 의 복원력에 의해 각 세퍼레이터 (40, 50) 에 대해 면압을 부여한다. 이 결과, 중앙 시일부 (21) 는, 애노드측 세퍼레이터 (50) 의 표면과, 인접하는 다른 셀 (140) 의 캐소드측 세퍼레이터 (40) 의 표면에 밀착되고, 인접하는 다른 셀 (140) 과의 사이를 봉지한다.
주연부 (22) 는, 전술한 바와 같이, 중앙 시일부 (21) 의 양측에 구비된다. 주연부 (22) 는, 개스킷 (GK) 이 길이 방향을 축으로 하여 경사지는 정도를 제한하도록, 즉, 붕괴 방지를 실시하도록 기능한다. 주연부 (22) 는, 이웃하는 2 개의 셀 중 일방의 셀의 애노드측 세퍼레이터 (50) 와, 타방의 셀의 캐소드측 세퍼레이터 (40) 에 밀착되도록 기능하는 경우는 없다.
A-3. 작용 효과:
이상 상세히 서술한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 개스킷 (GK1 ∼ GK5) 에 의하면, 중앙 시일부 (21) 는, 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 제 1 상한의 각도 범위 내에, 외주선 상의 일점인 점 P1 을 갖는다. 점 P1 보다 Z 축으로부터의 각도로 0 도측인 제 1 각도 범위 (도 4 에 있어서의 α 의 범위) 내에 있어서의 외주선 상의 각 점 (예를 들어, 점 P2) 은, 전술한 수학식 (1) 의 관계를 갖는다. 구체적으로는, 중심점 (O) 으로부터 상기 각 점까지의 길이 (거리) L2 는, 중심점 (O) 으로부터 점 P1 까지의 거리 r 이하이다. 즉, 제 1 각도 범위 내의 외주선 (외주 상부 (21a) 및 외주 중간부 (21b)) 에 있어서는, 중심점 (O) 으로부터의 길이 (거리) L2 가 점 P1 보다 떨어진 부분 (점) 이 존재하지 않는다. 외주 중간부 (21b) 의 점 P1 을 제외한 부분에 대해서는, 점 P1 과 동일한 만큼 중심점 (O) 으로부터 떨어져 있지만, 점 P1 보다 떨어져 있지는 않다.
도 5 는, 개스킷 (GK4) 이 길이 방향을 축으로 하여 경사진 경우의 모습을 나타내는 설명도이다. 예를 들어, 전술한 4 개의 체결 볼트의 조임 압력이 동등하지 않은 경우에, 적층 방향 (Z) 과 교차하는 방향으로부터 개스킷 (GK4) 에 압축력이 부여되는 경우가 있다. 이 경우에, 개스킷 (GK4) 의 전체 혹은 일부가 길이 방향을 축으로 하여 경사하는 경우가 있다. 예를 들어, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 중심점 (O) 을 축으로 하여 시계 반대 방향으로 경사지는 경우가 있다. 이 때, 본 실시형태의 개스킷 (GK4) 에 의하면, 중심점 (O) 에 대한 점 P1 (도 4) 을 포함하는 외주 중간부 (21b) 의 방향이 개스킷 (GK4) 의 압축 방향에 가까워지도록 작용한다. 이 때문에, 개스킷 (GK4) 이 경사진 경우에도, 시일성에 기여하는 두께를 충분히 확보할 수 있다.
또, 중앙 시일부 (21) 는, 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 도 4 에서 설명한 바와 같이, 점 P1 보다 90 도측인 제 2 각도 범위 (도 4 에 있어서의 β 의 범위) 내에 있어서의 외주선 상의 각 점 (예를 들어, 점 P4) 은, 전술한 수학식 (2) 의 관계를 갖는다. 구체적으로는, 중심점 (O) 으로부터 상기 각 점까지의 거리 L3 은, 중심점 (O) 으로부터 점 P1 까지의 거리 r 보다 짧다. 또한, 상기 각 점은, X 좌표축 방향에 있어서, 점 P1 에 대해 중심점 (O) 과는 반대측, 혹은 점 P1 과 동일한 위치에 위치한다. 이 때문에, 개스킷 (GK1 ∼ GK5) 은, 압축 방향으로부터 평면에서 보았을 때에 압축 범위에 개스킷 재료를 확실하게 충전할 수 있어, 압축시의 반력의 저감을 억제할 수 있다.
따라서, 본 실시형태의 개스킷 (GK1 ∼ GK5) 에 의하면, 개스킷 (GK1 ∼ GK5) 이 경사진 경우에도 세퍼레이터 (40) 와 밀접하는 부위를 확보할 수 있는 점, 및, 압축시의 반력의 저감을 억제할 수 있는 점에서, 연료 전지 스택 (100) 의 세퍼레이터 (40, 50) 간에 면압을 충분히 부여할 수 있다. 이 결과, 개스킷 (GK1 ∼ GK5) 은, 충분한 시일성을 확보할 수 있는 효과를 발휘한다.
본 실시형태의 개스킷 (GK1 ∼ GK5) (이하, 간단히 「개스킷 (GK)」이라고도 부른다) 의 장점을, 다른 형상의 개스킷과 비교하여 더욱 설명한다. 일본 공개특허공보 2006-4851 에 기재된 개스킷 (이하, 「제 1 참고예의 개스킷」이라고 부른다) 은,[발명의 개요]란에서 설명한 바와 같이, 산형의 주립의 선단이 상대 시일 면으로부터 어긋남으로써, 충분한 시일성을 확보할 수 없었다. 이에 반하여, 본 실시형태의 개스킷 (GK) 은, 전술한 바와 같이, 경사진 경우에도, 세퍼레이터 (40) 와 밀접하는 부위를 확보할 수 있는 점에서, 셀 간에 면압을 충분히 부여할 수 있다.
상기 서술한 개스킷과 동일한 산형의 주립을 구비하고, 바닥면을 세퍼레이터에 첩부한 접착 타입의 개스킷을 제 2 참고예의 개스킷으로 하여 다음에 설명한다. 이 제 2 참고예의 개스킷에 의하면, 개스킷이 세퍼레이터에 접착되어 있기 때문에, 개스킷이 세퍼레이터 사이에서 경사지는 경우가 없다. 이 때문에, 제 2 참고예의 개스킷에 의하면, 개스킷 경사에 의한 면압 저하를 방지할 수 있다. 그러나, 제 2 참고예의 개스킷에 의하면, 조립시에, 세퍼레이터의 표면 관리나, 접착제의 도포, 경화의 공정이 필요해져, 연료 전지 스택의 제조가 수고스러웠다. 이에 반하여, 본 실시형태의 개스킷 (GK) 은, 비접착 타입인 점에서, 조립이 용이하고, 연료 전지 스택의 제조가 용이하다.
도 6 은, 제 3 참고예의 개스킷 (GK90) 의 길이 방향에 수직인 단면을 나타내는 설명도이다. 개스킷 (GK90) 의 단면은, 원형으로 되어 있다. 개스킷 (GK90) 은, 이른바 O 링이다. 개스킷 (GK90) 은, 본 실시형태의 개스킷 (GK) 에 비해, 적층 방향 (Z) 에 수직인 수평 방향 (X) 의 폭이 크기 때문에, 개스킷 재료의 볼륨이 크다. 이 때문에, 제 3 참고예의 개스킷 (GK90) 에서는, 높은 시일성을 얻으려면 높은 압축력으로 압축할 필요가 있지만, 이 경우에, 내부 응력이 높아져, 변형이 높아졌다. 이에 반하여, 본 실시형태의 개스킷 (GK) 은, 중앙 시일부 (21) 의 외주 측부 (21c) 상의 각 점, 즉, 제 2 각도 범위 (β) 내에 있어서의 외주선 상의 각 점은, 전술한 수학식 (2) 의 관계 (L3 < r) 를 갖는 점에서, 수평 방향 (X) 의 폭이 제 3 참고예의 개스킷 (GK90) 보다 작다. 이 때문에, 본 실시형태의 개스킷 (GK) 은, 고압축하였을 때의 내부 응력이 낮아, 저변형으로 할 수 있다.
도 7 은, 제 4 참고예의 개스킷 (GK92) 의 길이 방향에 수직인 단면을 나타내는 설명도이다. 개스킷 (GK92) 의 길이 방향에 수직인 단면은, X 형으로 되어 있다. 구체적으로는, 개스킷 (GK92) 은, 적층 방향 (Z) 의 양측, 및 수평 방향 (X) 의 양측에, 오목부 (92a, 92b, 92c, 92d) 를 각각 가지고 있다.
제 4 참고예의 개스킷 (GK92) 의 제 1 상한의 부분에 있어서, 중심점 (O) 으로부터 r 의 거리에 있는 외주점을 점 Q1 로 하였을 때에, 점 Q1 을 통과하는 적층 방향 (Z) 의 직선 (LN) 보다 내측 (중심점 (O) 측) 으로 오목부 (92c) 가 침입하고 있다. 즉, X 좌표축 방향에 있어서, 점 Q1 에 대해 중심점 (O) 과 동일한 측에 위치하고 있다. 이 때문에, 압축 방향으로부터 평면에서 보았을 때에, 압축 범위에 개스킷 재료가 결손되는 부분이 있기 때문에, 압축시의 반력이 저감된다. 따라서, 제 4 참고예의 개스킷 (GK92) 에서는, 압축시에 높은 면압을 얻을 수 없다.
이에 반하여, 본 실시형태의 개스킷 (GK) 에 의하면, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 외주 측부 (21c) 상의 각 점, 즉, 제 2 각도 범위 (β) 내에 있어서의 외주선 상의 각 점은, X 좌표축 방향에 있어서, 점 P1 에 대해 중심점 (O) 과는 반대측에 위치하는 점에서, 압축 방향으로부터 평면에서 보았을 때에 압축 범위에 개스킷 재료를 확실하게 충전할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태의 개스킷 (GK) 에 의하면, 압축시의 반력의 저감을 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 개스킷 (GK) 에 의하면, 압축시에 높은 면압을 얻을 수 있다.
B. 제 1 실시형태의 변형예:
도 8 은, 제 1 실시형태의 제 1 변형예에 있어서의 개스킷 (GK20) 의 일부분을 나타내는 설명도이다. 도면에는, 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 제 1 상한의 부분만큼이 나타내어져 있다. 제 1 변형예의 개스킷 (GK20) 은, 제 1 실시형태의 개스킷 (GK) 과 비교하여, 중앙 시일부 (221) 의 단면 형상이 상이할 뿐이고, 잔여의 점에 대해서는 동일하다. 도면 중의 일점 쇄선은, 제 1 변형예의 중앙 시일부 (21) 의 외주선을 나타낸다. 제 1 변형예에 있어서의 제 1 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.
제 1 변형예에 있어서의 중앙 시일부 (221) 의 외주선은, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 외주 상부 (221a) 와, 외주 중간부 (221b) 와, 외주 측부 (221c) 에 의해 구성된다. 외주 중간부 (221b) 는, 제 1 실시형태의 외주 중간부 (21b) 와 동일 형상이다. 외주 상부 (221a) 는, X 좌표축에 평행한 직선으로부터 Z 좌표축의 - 측으로 오목해진 형상이다.
외주 측부 (221c) 는, Z 좌표축의 + 측으로 불룩해지고, 불룩한 부분의 중앙 부분에 오목부 (SP) 를 갖는 형상이다. 오목부 (SP) 는, 외주 중간부 (221b) 의 +X 측의 단부인 점 P1 을 통과하는 적층 방향 (Z) 의 직선 (LN) 보다 중심점 (O) 측으로 침입하지 않는 깊이로 되어 있다. 즉, 외주 측부 (221c) 상의 각 점, 즉, 제 2 각도 범위 (β) 내에 있어서의 외주선 상의 각 점 (예를 들어, 점 P24) 은, X 좌표축 방향에 있어서, 점 P1 에 대해 중심점 (O) 과는 반대측 혹은 점 P1 과 동일한 위치에 위치한다. 또, 외주 측부 (221c) 는, 중심점 (O) 을 중심으로 하는 반경 r 의 원호 (AR2) 의 내측 (중심점 (O) 측) 에 존재하는 형상으로 되어 있다. 즉, 외주 측부 (221c) 상의 각 점, 즉, 제 2 각도 범위 (β) 내에 있어서의 외주선 상의 각 점 (예를 들어, 점 P24) 은, 전술한 수학식 (2) 의 관계 (L3 < r) 를 갖는다.
제 1 변형예의 개스킷 (GK20) 에서도, 제 1 실시형태의 개스킷 (GK) 과 마찬가지로, 개스킷이 경사진 경우에 세퍼레이터 (40) 와 밀접하는 부위를 확보할 수 있는 점, 및, 압축시의 반력의 저감을 억제할 수 있는 점에서, 연료 전지 스택 (100) 의 세퍼레이터 (40, 50) 간에 면압을 충분히 부여할 수 있다.
또한, 제 1 변형예의 GK20 은, 제 1 실시형태의 개스킷 (GK) 과 비교하여, 외주 상부 (221a) 와 외주 측부 (221c) 의 쌍방이 상이한 구성이지만, 이 대신에, 외주 상부 (221a) 와 외주 측부 (221c) 중 어느 일방이 상이한 구성으로 해도 된다.
또, 외주 상부 (221a) 의 형상은, 제 1 변형예의 형상에 한정할 필요는 없고, 여러 가지의 형상으로 바꿀 수 있다. 예를 들어, 요철이 반복되는 구성으로 할 수 있다. 요는, 외주 상부 (221a) 는, 중심점 (O) 을 중심으로 하는 반경 r 의 원호 (도 8 중의 P0 으로부터 P1 까지의 원호) (AR1) 상을 포함하는, 이 원호 (AR1) 의 내측에 존재하는 형상이면, 여러 가지의 형상으로 바꿀 수 있다. 점 P0 은, +Z 좌표축에 교차하는 점이다. 또한, 여기서 말하는, 원호 (AR1) 상을 포함하는 원호 (AR1) 의 내측이란, 외주 상부 (221a) 의 전부가 원호 (AR1) 상에 있는 경우와, 외주 상부 (221a) 의 전부가 원호 (AR1) 의 내측에 있는 경우와, 외주 상부 (221a) 의 일부가 원호 (AR1) 상에 있고 잔여 부분이 원호의 내측에 있는 경우를 포함한다. 요는, 외주 상부 (221a) 는, 이 원호 (AR1) 의 외측으로 침입하는 경우가 없는 형상이다. 바꾸어 말하면, 외주 상부 (221a) 상의 각 점 (예를 들어, 점 P22) 은, 전술한 수학식 (1) 의 관계 (L2 ≤ r) 를 가지면 된다. 외주 상부 (221a) 와 외주 중간부 (221b) 의 범위 내에 있어서 점 P1 을 포함하지 않는 부분에 있어서도, 전술한 수학식 (1) 의 관계 (L2 ≤ r) 를 가지면 된다.
외주 측부 (221c) 의 형상은, 제 1 변형예의 형상에 한정할 필요는 없고, 여러 가지의 형상으로 바꿀 수 있다. 예를 들어, 요철이 2 개 이상 반복되는 구성으로 할 수 있다. 요는, 외주 측부 (221c) 는, 중심점 (O) 을 중심으로 하는 반경 r 의 원호 (AR2) 의 내측으로부터, 외주 중간부 (221b) 의 +X 측의 단부인 점 P1 을 통과하는 적층 방향 (Z) 의 직선 (LN) 까지의 영역에 존재하는 형상이면, 여러 가지의 형상으로 바꿀 수 있다. 「원호 (AR2) 의 내측」이란, 원호 (AR2) 를 포함하지 않는다. 「직선 (LN) 까지」란 직선 (LN) 을 포함한다. 따라서, 외주 측부 (221c) 형상은, 적어도 일부가 원호 (AR2) 와 접촉하면 허용 범위 외이며, 일부 또는 전부가 직선 (LN) 과 접촉하고 있는 경우에는 허용 범위 내이다. 예를 들어, 외주 측부 (221c) 를, 점 P1 로부터 직선 (LN) 을 따라 깎아지른 듯한 형상으로 할 수도 있다. 바꾸어 말하면, 외주 측부 (221c) 상의 각 점 (예를 들어, 점 P24) 은, 전술한 수학식 (2) 의 관계 (L3 < r) 에 있으며, 또한, 외주 측부 (221c) 상의 각 점은, X 좌표축 방향에 있어서, 점 P1 에 대해 중심점 (O) 과는 반대측, 혹은 점 P1 과 동일한 위치에 위치하면, 어느 위치로 할 수도 있다.
또한, 제 1 실시형태, 및 제 1 실시형태의 제 1 변형예에서는, 중앙 시일부 (21, 221) 는, 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 제 1 상한의 부분과 제 2 상한의 부분이 Z 좌표축에서 선 대칭이 되고, 제 1 상한의 부분과 제 3 상한의 부분이 중심점 (O) 에서 점 대칭이 되고, 제 1 상한의 부분과 제 4 상한의 부분이 X 좌표축에서 선 대칭이 되어 있다. 이에 반하여, 변형예로서, 제 2 상한의 부분은 제 1 상한의 부분과 Z 좌표축에서 선 대칭이고, 제 3 상한의 부분 및 제 4 상한의 부분은 제 1 상한의 부분과 무관계의 형상으로 해도 된다. 또, 제 2 상한의 부분에 대해서도 제 1 상한의 부분과 무관계의 형상으로 해도 된다. 또한, 본 발명을 적용하는 단면 형상은, 제 1 상한에 반드시 적용할 필요는 없고, 제 1 상한에는 적용하지 않고, 제 2 상한에 적용하는 구성으로 해도 된다. 또, 제 3 상한에 적용하는 구성으로 해도 되고, 제 4 상한에 적용하는 구성으로 해도 된다.
제 1 실시형태의 제 2 변형예에 대해, 다음에 설명한다. 제 2 변형예의 개스킷 (도시 생략) 은, 제 1 실시형태의 개스킷 (GK) 과 비교하여, 외주 중간부의 형상이 상이할 뿐이고, 잔여의 점에 대해서는 동일하다. 제 1 실시형태의 개스킷 (GK) 에 있어서의 외주 중간부 (21b) 는, 점 P1 로부터 점 P2 까지의 원호 형상이었지만 (도 4 참조), 제 2 변형예의 개스킷에서는, 외주 중간부는 점 P1 만의 일점에 의해 구성된다. 이러한 구성에 의하면, 외주 상부 (21a) 를 「제 1 외주선」으로 간주할 수 있다.
이 제 2 변형예의 개스킷에서도, 제 1 실시형태의 개스킷 (GK) 과 마찬가지로, 개스킷이 경사진 경우에 세퍼레이터 (40) 와 밀접하는 부위를 확보할 수 있는 점, 및, 압축시의 반력의 저감을 억제할 수 있는 점에서, 연료 전지 스택 (100) 의 세퍼레이터 (40, 50) 간에 면압을 충분히 부여할 수 있다.
C. 제 2 실시형태:
도 9 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 개스킷 (GK30) 을 나타내는 설명도이다. 도 9 에는, 길이 방향에 수직인 단면이 나타내어져 있다. 제 2 실시형태의 개스킷 (GK30) 은, 제 1 실시형태의 개스킷 (GK) 과 비교하여, 중앙 시일부 (321) 의 단면 형상이 상이할 뿐이고, 잔여의 점에 대해서는 동일하다. 제 2 실시형태에 있어서의 제 1 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.
제 2 실시형태의 개스킷 (GK30) 의 중앙 시일부 (321) 는, 단면이 원형인 O 링 부분 (350) 과, 단면이 대략 반원형인 제 1 내지 제 4 돌출부 (351 ∼ 354) 를 구비한다. 제 1 내지 제 4 돌출부 (351 ∼ 354) 는, O 링 부분 (350) 의 외주에 각각 배치 형성되어 있고, O 링 부분 (350) 과 일체로 형성되어 있다. 도 9 에 있어서, 제 1 실시형태의 도 4 와 마찬가지로 X 좌표축 및 Z 좌표축을 그려 보면, 제 2 상한에 위치하는 제 2 돌출부 (352) 의 형상 및 배치 형성 위치는, 제 1 상한에 위치하는 제 1 돌출부 (351) 에 대해 Z 좌표축에서 선 대칭이 되어 있다. 제 3 상한에 위치하는 제 3 돌출부 (353) 의 형상 및 배치 형성 위치는, 제 1 돌출부 (351) 에 대해 중심점 (O) 에서 점 대칭이 되어 있다. 제 4 상한에 위치하는 제 4 돌출부 (354) 의 형상 및 배치 형성 위치는, 제 1 돌출부 (351) 에 대해 X 좌표축에서 선 대칭이 되어 있다. 이하, 제 1 돌출부 (351) 를 대표하여, 중앙 시일부 (321) 의 단면 형상에 대해 설명한다.
단면에 있어서의 제 1 상한에 있어서, 제 1 돌출부 (351) 의 정점 (351a) 은, 중심점 (O) 으로부터 거리가 r 인 외주점이다. 정점 (351a) 은, 중심점 (O) 으로부터 가장 떨어진 거리에 있는 최외점으로서, 제 1 상한 내에 존재한다. 이 때문에, 개스킷 (GK20) 이 길이 방향을 축으로 하여 경사진 경우에도, 세퍼레이터 (40) 와 밀접하는 부위를 확보할 수 있다.
도 10 은, 제 2 실시형태의 개스킷 (GK30) 이 길이 방향을 축으로 하여 경사진 경우의 모습을 나타내는 설명도이다. 예를 들어, 개스킷 (GK30) 이, 도시하는 바와 같이, 중심점 (O) 을 축으로 하여 시계 반대 방향으로 경사지는 경우가 있다. 이 경우에, 중심점 (O) 에 대한 제 1 돌출부 (351) 의 정점 (351a) 의 방향이 개스킷 (GK30) 의 압축 방향 Z 에 가까워지도록 작용한다. 이 때문에, 개스킷 (GK30) 이 경사진 경우에도, 세퍼레이터 (40) 와 밀접하는 부위를 확보할 수 있다.
또, 상기 구성의 중앙 시일부 (321) 에 의하면, 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 중심점 (O) 으로부터 정점 (351a) 을 향하는 방향과 Z 좌표축이 이루는 각도 범위 (도면 중의 θ 의 범위) 내에 있어서, 중앙 시일부 (321) 의 외주선이, 중심점 (O) 을 중심으로 하여 중심점 (O) 과 정점 (351a) 사이의 거리를 반경 r 로 하는 원호 (AR) 의 내측으로부터, 정점 (351a) 을 통과하는 적층 방향 (Z) 의 직선 (LN) 까지의 영역에 존재하게 된다. 바꾸어 말하면, 상기의 각도 범위 (도면 중의 θ 의 범위) 내에 있어서의 외주선 상의 각 점 (예를 들어, 도 9 의 점 P34) 은, 전술한 수학식 (2) 의 관계 (L3 < r) 를 갖는다. 이 때문에, 개스킷 (GK30) 은, 압축 방향으로부터 평면에서 보았을 때에 압축 범위에 개스킷 재료를 확실하게 충전할 수 있어, 압축시의 반력의 저감을 억제할 수 있다.
따라서, 제 2 실시형태의 개스킷 (GK30) 에 의하면, 개스킷 (GK30) 이 경사진 경우에도 세퍼레이터 (40) 와 밀접하는 부위를 확보할 수 있는 점, 및, 압축시의 반력의 저감을 억제할 수 있는 점에서, 연료 전지 스택 (100) 의 세퍼레이터 (40, 50) 간에 면압을 충분히 부여할 수 있다. 이 결과, 개스킷 (GK30) 은, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 충분한 시일성을 확보할 수 있는 효과를 발휘한다.
D. 제 2 실시형태의 변형예:
도 11 은, 제 2 실시형태의 제 1 변형예에 있어서의 개스킷 (GK40) 의 일부분을 나타내는 설명도이다. 도면에는, 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 제 1 상한의 부분만큼이 나타내어져 있다. 제 2 실시형태의 제 1 변형예의 개스킷 (GK40) 은, 제 2 실시형태의 개스킷 (GK30) 과 비교하여, 중앙 시일부 (421) 의 단면 형상이 상이할 뿐이고, 잔여의 점에 대해서는 동일하다. 도면 중의 일점 쇄선은, 제 2 실시형태의 중앙 시일부 (321) 의 외주선을 나타낸다. 제 2 실시형태의 제 1 변형예에 있어서의 제 2 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.
제 2 실시형태의 중앙 시일부 (321) 의 외주선은, 원형의 O 링 부분 (350) 에 돌출부 (351 ∼ 354) 가 배치 형성된 형상이었다 (도 9 참조). 이에 반하여, 제 2 실시형태의 제 1 변형예의 중앙 시일부 (421) 의 외주선은, 원형에 대해 오목부 (421a) 가 형성된 형상의 부분에, 제 2 실시형태와 동일한 제 1 돌출부 (351) 가 배치 형성된 형상이다. 오목부 (421a) 는, 주연부 (22) 에 가까운 측의 부분에서, Z 좌표축의 - 측으로 오목해져 있다. 오목부 (421a) 는, 제 1 돌출부 (351) 의 정점 (351a) 을 통과하는 적층 방향 (Z) 의 직선 (LN) 보다 중심점 (O) 측으로 침입하지 않는 깊이로 되어 있다. 도면 중의 오목부 (421b) 는, 본원 발명에 해당하지 않는 예로, 직선 (LN) 보다 중심점 (O) 측으로 침입하고 있다.
도 11 에서는, 제 1 상한의 부분만큼을 나타냈지만, 제 2 상한의 부분은 제 1 상한의 부분에 대해 Z 좌표축에서 선 대칭이 되고, 제 3 상한의 부분은 제 1 상한의 부분에 대해 중심점 (O) 에서 점 대칭이 되고, 제 4 상한의 부분은 제 1 상한의 부분에 대해 X 좌표축에서 선 대칭이 되어 있다.
이상과 같이 구성된 제 2 실시형태의 제 1 변형예의 GK40 에 의하면, 제 2 실시형태의 개스킷 (GK30) 과 마찬가지로, 압축 방향으로부터 평면에서 보았을 때에 압축 범위에 개스킷 재료를 확실하게 충전할 수 있어, 압축시의 반력의 저감을 억제할 수 있다.
제 2 실시형태, 및 제 2 실시형태의 제 1 변형예에서는, 중앙 시일부 (321, 421) 는, 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 제 1 상한의 부분과 제 2 상한의 부분이 Z 좌표축에서 선 대칭이 되고, 제 1 상한의 부분과 제 3 상한의 부분이 중심점 (O) 에서 점 대칭이 되고, 제 1 상한의 부분과 제 4 상한의 부분이 X 좌표축에서 선 대칭이 되어 있다. 이에 반하여, 변형예로서, 제 2 상한의 부분은 제 1 상한의 부분과 Z 좌표축에서 선 대칭이고, 제 3 상한의 부분 및 제 4 상한의 부분은 제 1 상한의 부분과 무관계의 형상으로 해도 된다. 또, 제 2 상한의 부분에 대해서도 제 1 상한의 부분과 무관계의 형상으로 해도 된다. 도한, 본 발명을 적용하는 단면 형상은, 제 1 상한에 반드시 적용할 필요는 없고, 제 1 상한에는 적용하지 않고, 제 2 상한에 적용하는 구성으로 해도 된다. 또, 제 3 상한에 적용하는 구성으로 해도 되고, 제 4 상한에 적용하는 구성으로 해도 된다.
도 12 는, 제 2 실시형태의 제 2 변형예에 있어서의 개스킷 (GK50) 을 나타내는 설명도이다. 제 2 변형예에 있어서의 개스킷 (GK50) 은, 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 제 1 상한에 위치하는 제 1 돌출부 (551) 와 제 3 상한에 위치하는 제 3 돌출부 (553) 가 중심점 (O) 에서 점 대칭이 되어 있고, 제 2 상한에 위치하는 제 2 돌출부 (552) 와 제 4 상한에 위치하는 제 4 돌출부 (554) 가 중심점 (O) 에서 점 대칭이 되어 있다. 제 1 상한에 위치하는 제 1 돌출부 (551) 는, 제 2 상한에 위치하는 제 2 돌출부 (552) 와 비교하여, 돌출의 정도가 크다. 잔여의 점에 대해서는, 제 2 실시형태와 동일하다. 제 2 실시형태의 제 2 변형예에 있어서의 제 2 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.
상기 구성의 제 2 변형예의 개스킷 (GK50) 에 의하면, 제 2 실시형태와 마찬가지로, 충분한 시일성을 확보할 수 있는 효과를 발휘한다.
E. 제 3 실시형태:
도 13 은, 제 3 실시형태의 개스킷 (GK60) 이 배치된 애노드측 세퍼레이터 (50) 를 나타내는 설명도이다. 도 13 은, 제 1 실시형태에 있어서의 도 3 과 동일한 방향으로부터의 단면도이다. 도시하는 바와 같이, 제 3 실시형태의 개스킷 (GK60) 은, 제 1 실시형태의 개스킷 (GK) 과 비교하여, 중앙 시일부 (21) 의 양측에 구비된 각 주연부 (22) 에 붕괴 방지부 (620) 가 형성된 것이 상이하다. 제 3 실시형태에 있어서의 개스킷 (GK60) 의 그 밖의 구성 (중앙 시일부 (21) 와 주연부 (22)) 은, 제 1 실시형태에 있어서의 연료 전지 스택 (100) 의 구성과 동일하므로, 동일한 구성 요소에 대해서는, 도 13 에 있어서, 도 3 과 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
붕괴 방지부 (620) 는, 사각형의 단면을 갖는 장척상의 부재 (돌출부) 이며, 각 주연부 (22) 의 애노드측 세퍼레이터 (50) 측의 면에 형성되어 있다. 구체적으로는, 붕괴 방지부 (620) 는, 각 주연부 (22) 의 애노드측 세퍼레이터 (50) 측의 면에 있어서의 수평 방향 (X) 의 양측의 단부에 형성되어 있다. 붕괴 방지부 (620) 의 적층 방향 (Z) 의 길이 H6 은, 중앙 시일부 (21) 에 있어서의 외주 상부 (21a) 의 주연부 (22) 표면으로부터의 높이 (Z 좌표축 방향의 거리) 보다 짧다. 즉, 적층 방향 (Z) 의 애노드측 세퍼레이터 (50) 측의 단면 (620a) 은, Z 좌표축 상에 있어서, 중앙 시일부 (21) 의 외주 상부 (21a) 와 비교하여 높은 위치로 되어 있다.
이상과 같이 구성된 제 3 실시형태의 개스킷 (GK60) 에 의하면, 붕괴 방지부 (620) 의 작용에 의해, 붕괴 방지부 (620) 가 형성되어 있지 않은 제 1 실시형태의 개스킷 (GK) 과 비교하여, 개스킷 (GK60) 이 길이 방향을 축으로 하여 경사지는 정도를 보다 제한할 수 있다. 또한, 붕괴 방지부 (620) 는, 주연부 (22) 의 애노드측 세퍼레이터 (50) 측의 면에만 형성되어 있는 점에서, 애노드측 세퍼레이터 (50) 와 캐소드측 세퍼레이터 (40) 사이에 압축력이 부여되었을 때에, 세퍼레이터 (40, 50) 간을 시일하는 역할을 담당하는 경우는 없다.
F. 제 3 실시형태의 변형예:
도 14 는, 제 3 실시형태의 변형예에 있어서의 개스킷 (GK70) 의 일부분을 나타내는 설명도이다. 이 개스킷 (GK70) 은, 제 3 실시형태의 개스킷 (GK60) 과 비교하여, 각 주연부 (22) 의 적층 방향의 양면에 붕괴 방지부 (720, 722) 가 각각 형성된 것이 상이하다. 제 3 실시형태에 있어서의 개스킷 (GK70) 의 그 밖의 구성 (중앙 시일부 (21) 와 주연부 (22)) 은, 제 3 실시형태의 개스킷 (GK60) 의 구성과 동일하므로, 동일한 구성 요소에 대해서는, 도 14 에 있어서, 도 1 과 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
애노드측 세퍼레이터 (50) 측의 붕괴 방지부 (720) 는, 사각형의 단면을 갖는 장척상의 부재이며, 제 3 실시형태에 있어서의 붕괴 방지부 (620) 와 비교하여, 두께 (적층 방향 (Z) 의 길이) 가 얇은 것만이 상이하고, 수평 방향 (X) 의 길이나 주연부 (22) 에 대한 장착 위치는 동일하다. 캐소드측 세퍼레이터 (40) 의 붕괴 방지부 (722) 는, 애노드측 세퍼레이터 (50) 측의 붕괴 방지부 (720) 와 비교하여 동일 형상이며, 주연부 (22) 에서 선 대칭이 되는 위치에 형성되어 있다.
이상과 같이 구성된 제 3 실시형태의 변형예의 개스킷 (GK70) 에 의하면, 붕괴 방지부 (720, 722) 의 작용에 의해, 붕괴 방지부 (720, 722) 가 형성되어 있지 않은 제 1 실시형태의 개스킷 (GK) 과 비교하여, 개스킷 (GK70) 이 길이 방향을 축으로 하여 경사지는 정도를 보다 제한할 수 있다. 또, 이 변형예의 개스킷 (GK70) 에 의하면, 제 3 실시형태의 개스킷 (GK60) 과 비교한 경우, 주연부 (22) 의 적층 방향의 양면에 붕괴 방지부 (720, 722) 가 각각 형성되어 있는 점에서, 보다 확실하게 붕괴 방지의 기능을 발휘시킬 수 있다.
제 3 실시형태 및 제 3 실시형태의 변형예의 붕괴 방지부 (620, 720, 722) 는, 단면이 사각형이었지만, 이 대신에, 반원 형상, 삼각 형상 등, 여러 가지 형상으로 해도 된다. 요는, 주연부 (22) 의 일면으로부터 적층 방향 (Z) 을 향하여 돌출되는 형상이면, 어떠한 형상으로 바꿀 수도 있다.
본 발명은, 상기 서술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지 구성으로 실현될 수 있다. 예를 들어, 발명의 개요란에 기재한 각 형태 중의 기술적 특징에 대응하는 실시형태 중의 기술적 특징은, 상기 서술한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해서, 혹은, 상기 서술한 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해서, 적절히 교체나 조합을 실시하는 것이 가능하다. 또, 전술한 각 실시형태에 있어서의 구성 요소 중의, 독립 청구항에서 기재된 요소 이외의 요소는 부가적인 요소이며, 적절히 생략 가능하다.
Claims (9)
- 적층 방향 (Z) 으로 이웃하는 2 개의 연료 전지 스택의 셀의 세퍼레이터 (40, 50) 의 사이에 비접착으로 배치되고, 상기 세퍼레이터 (40, 50) 의 사이를 봉지하는 개스킷으로서,
상기 2 개의 세퍼레이터 (40, 50) 에 밀착되는 시일부 (21;321) 를 포함하고,
상기 시일부 (21;321) 의 길이 방향 (Y) 은 상기 개스킷이 연장되는 방향으로 정의되고,
상기 시일부 (21;321) 는, 상기 시일부 (21;321) 의 길이 방향 (Y) 에 수직인 단면에 있어서, 상기 시일부 (21;321) 의 중심점 (O) 을 중심으로 상기 연료 전지 스택의 상기 적층 방향 (Z) 인 0 도로부터 상기 적층 방향 (Z) 에 수직인 방향 (X) 인 90 도까지의 직각 범위 내에 있어서의 외주선 상의 일점으로서, 상기 중심점으로부터의 거리가 제 1 길이 L1 이고, 상기 시일부 (21;321) 의 외주선을 구성하는 점렬 중에서 상기 중심점 (O) 으로부터 가장 떨어진 외주점 (P1) 을 갖고,
상기 중심점 (O) 으로부터 상기 외주점 (P1) 을 향하는 제 1 방향과 상기 적층 방향 (Z) 이 이루는 제 1 각도 범위 (α) 내에 있어서의 외주선 상의 각 점 (P2) 은, 상기 중심점 (O) 으로부터의 거리를 제 2 길이 L2 로 하였을 때, L2 ≤ L1 의 관계에 있고,
상기 제 1 방향과 상기 적층 방향 (Z) 에 수직인 방향 (X) 이 이루는 제 2 각도 범위 (β) 내에 있어서의 외주선 상의 각 점 (P4) 은, 상기 중심점 (O) 으로부터의 거리를 L3 으로 하였을 때, L3 < L1 의 관계에 있으며, 또한, 상기 적층 방향 (Z) 에 수직인 방향 (X) 에 있어서, 상기 중심점 (O) 으로부터 상기 외주점 (P1) 보다 멀리 또는 상기 외주점 (P1) 과 동등한 위치에 위치하는, 개스킷. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 시일부 (21) 의 외주선은, 상기 중심점 (O) 을 중심으로 하여 상기 제 1 길이를 반경으로 하는 원호 형상의 부분 (21b) 을 갖고,
상기 외주점 (P1) 은, 상기 원호 형상의 부분을 구성하는 점렬 중에서, 상기 적층 방향 (Z) 에 수직인 방향 (X) 에 있어서의 상기 중심점 (O) 으로부터의 거리가 가장 긴 점인, 개스킷. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 각도 범위 (β) 내에 있어서의 외주선 상의 각 점 (P4) 은, 상기 적층 방향 (Z) 에 있어서 상기 중심점 (O) 에 가까워짐에 따라, 상기 적층 방향 (Z) 에 수직인 방향 (X) 에 있어서의 상기 중심점 (O) 으로부터의 거리가 점차 커지는, 개스킷. - 제 1 항에 있어서,
상기 시일부 (321) 는, 단면이 원형인 O 링부 (350) 와, 상기 O 링부의 외주에 배치 형성되는 제 1 돌출부 (351 - 354) 를 구비하고,
상기 외주점 (P1) 은, 상기 제 1 돌출부 (351 - 354) 의 정점인, 개스킷. - 제 1 항에 있어서,
상기 단면에 있어서, 상기 중심점 (O) 을 원점으로 하는 좌표 평면을 상정하였을 때에, 상기 직각 범위는, 상기 좌표 평면에 있어서 우상에 위치하는 제 1 상한 (象限) 에 해당하고,
상기 시일부 (21;321) 에 있어서의 좌상에 위치하는 제 2 상한에 포함되는 부분은, 상기 시일부 (21;321) 에 있어서의 상기 제 1 상한에 포함되는 부분과 선 대칭인, 개스킷. - 제 1 항에 있어서,
상기 시일부 (21;321) 의 상기 적층 방향 (Z) 에 수직인 방향 (X) 의 양측에 형성된 판 형상의 주연부 (22) 를 추가로 포함하고,
상기 제 2 각도 범위 (β) 내에 있어서의 외주선은, 상기 시일부 (21;321) 에 있어서의 상기 주연부 (22) 가 연결된 부분을 포함하지 않는, 개스킷. - 제 1 항에 있어서,
상기 주연부 (22) 의 면으로부터 상기 적층 방향 (Z) 으로 돌출되는 제 2 돌출부 (620;720, 722) 를 추가로 포함하는, 개스킷. - 복수의 셀이 적층 방향 (Z) 으로 적층된 연료 전지 스택으로서,
상기 적층 방향 (Z) 으로 이웃하는 2 개의 셀의 각 세퍼레이터 (40, 50) 의 사이에 비접착으로 배치된, 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 개스킷을 구비하는 연료 전지 스택.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016208317A JP6597552B2 (ja) | 2016-10-25 | 2016-10-25 | ガスケットおよび燃料電池 |
JPJP-P-2016-208317 | 2016-10-25 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20180045799A KR20180045799A (ko) | 2018-05-04 |
KR102001307B1 true KR102001307B1 (ko) | 2019-07-17 |
Family
ID=60022010
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170129957A KR102001307B1 (ko) | 2016-10-25 | 2017-10-11 | 개스킷 및 연료 전지 스택 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11005121B2 (ko) |
EP (1) | EP3316377A1 (ko) |
JP (1) | JP6597552B2 (ko) |
KR (1) | KR102001307B1 (ko) |
CN (1) | CN107978773B (ko) |
CA (1) | CA2981381C (ko) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11929524B2 (en) * | 2020-04-14 | 2024-03-12 | Spectronik Pte. Ltd. | Separator plate for a proton-exchange membrane fuel cell |
DE102020207919A1 (de) | 2020-06-25 | 2021-12-30 | Vitesco Technologies GmbH | Brennstoffzellenanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung |
DE102020207918B4 (de) | 2020-06-25 | 2023-11-16 | Vitesco Technologies GmbH | Brennstoffzellenanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung |
CN114256492B (zh) * | 2020-09-22 | 2024-02-13 | 未势能源科技有限公司 | 密封垫和电化学电池 |
DE102020212104A1 (de) | 2020-09-25 | 2022-03-31 | Vitesco Technologies GmbH | Brennstoffzellenanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung |
DE102020212103A1 (de) | 2020-09-25 | 2022-03-31 | Vitesco Technologies GmbH | Brennstoffzellenanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung |
DE102020212764A1 (de) | 2020-10-09 | 2022-04-14 | Vitesco Technologies GmbH | Brennstoffzellenanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung |
DE102021119029A1 (de) | 2021-07-22 | 2023-01-26 | Vitesco Technologies GmbH | Metallische Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle sowie Verfahren zur Herstellung einer derartigen Bipolarplatte |
DE102021119054A1 (de) | 2021-07-22 | 2023-01-26 | Vitesco Technologies GmbH | Vorrichtung zum Halten eines plattenförmigen Bauteils bei einem Prüfen und/oder Bearbeiten des Bauteils, sowie Verwendung hierfür |
DE102021214297B4 (de) | 2021-12-14 | 2023-08-17 | Vitesco Technologies GmbH | Bipolarplatte für einen Brennstoffzellenstapel |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006004851A (ja) * | 2004-06-21 | 2006-01-05 | Nok Corp | 燃料電池用ガスケット |
US20080118811A1 (en) * | 2005-07-15 | 2008-05-22 | Tatsuya Okabe | Seal Structure for Fuel Cell and Method for Producing Same |
US20100209798A1 (en) * | 2009-02-19 | 2010-08-19 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell stack |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6190793B1 (en) | 1997-07-16 | 2001-02-20 | Ballard Power Systems Inc. | Electrochemical fuel cell stack with an improved compression assembly |
US6337120B1 (en) | 1998-06-26 | 2002-01-08 | Nok Corporation | Gasket for layer-built fuel cells and method for making the same |
JP2002117872A (ja) * | 2000-08-01 | 2002-04-19 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池用シール |
JP4401554B2 (ja) * | 2000-09-04 | 2010-01-20 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
JP3962899B2 (ja) * | 2001-12-26 | 2007-08-22 | Nok株式会社 | 燃料電池用シール材 |
CN1567612A (zh) | 2003-06-17 | 2005-01-19 | 乐金电子(天津)电器有限公司 | 燃料电池的密封结构 |
US7416807B2 (en) * | 2003-08-01 | 2008-08-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell |
JP2007026908A (ja) * | 2005-07-19 | 2007-02-01 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 固体高分子型燃料電池 |
JP5344273B2 (ja) * | 2006-04-25 | 2013-11-20 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池およびそのセパレータ |
JP2007333126A (ja) | 2006-06-16 | 2007-12-27 | Nok Corp | 燃料電池用ガスケット |
JP2008311158A (ja) | 2007-06-18 | 2008-12-25 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用ガスケット及び燃料電池 |
JP5344135B2 (ja) * | 2008-11-04 | 2013-11-20 | Nok株式会社 | ガスケット |
WO2010100906A1 (ja) | 2009-03-04 | 2010-09-10 | パナソニック株式会社 | 高分子電解質型燃料電池用ガスケット |
JP5617268B2 (ja) * | 2009-05-19 | 2014-11-05 | Nok株式会社 | 燃料電池の密封構造 |
JP2012195128A (ja) * | 2011-03-16 | 2012-10-11 | Panasonic Corp | 高分子電解質型燃料電池用ガスケットおよび高分子電解質型燃料電池 |
JP2013101849A (ja) * | 2011-11-09 | 2013-05-23 | Panasonic Corp | 燃料電池用ガスケット付セパレータ及び燃料電池スタック |
US20150295267A1 (en) | 2012-11-22 | 2015-10-15 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell stack |
JP6082362B2 (ja) | 2014-05-30 | 2017-02-15 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
JP6082715B2 (ja) | 2014-06-26 | 2017-02-15 | 住友理工株式会社 | 燃料電池用ゴムガスケット |
-
2016
- 2016-10-25 JP JP2016208317A patent/JP6597552B2/ja active Active
-
2017
- 2017-10-02 US US15/722,254 patent/US11005121B2/en active Active
- 2017-10-04 CA CA2981381A patent/CA2981381C/en active Active
- 2017-10-05 EP EP17195013.2A patent/EP3316377A1/en active Pending
- 2017-10-11 KR KR1020170129957A patent/KR102001307B1/ko active IP Right Grant
- 2017-10-23 CN CN201710992401.3A patent/CN107978773B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006004851A (ja) * | 2004-06-21 | 2006-01-05 | Nok Corp | 燃料電池用ガスケット |
US20080118811A1 (en) * | 2005-07-15 | 2008-05-22 | Tatsuya Okabe | Seal Structure for Fuel Cell and Method for Producing Same |
US20100209798A1 (en) * | 2009-02-19 | 2010-08-19 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell stack |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2018073491A (ja) | 2018-05-10 |
CA2981381A1 (en) | 2018-04-25 |
CA2981381C (en) | 2019-09-24 |
EP3316377A1 (en) | 2018-05-02 |
JP6597552B2 (ja) | 2019-10-30 |
US20180115007A1 (en) | 2018-04-26 |
CN107978773B (zh) | 2021-04-23 |
CN107978773A (zh) | 2018-05-01 |
KR20180045799A (ko) | 2018-05-04 |
US11005121B2 (en) | 2021-05-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102001307B1 (ko) | 개스킷 및 연료 전지 스택 | |
JP4800443B2 (ja) | 高分子電解質型燃料電池用ガスケット | |
CN109560302B (zh) | 燃料电池用金属隔板以及发电单电池 | |
US9673458B2 (en) | Fuel cell | |
US7524573B2 (en) | Fuel cell having inner and outer periphery seal members | |
US8927174B2 (en) | Sealing structure of fuel cell | |
JP2009199888A (ja) | 燃料電池 | |
US20160190610A1 (en) | Membrane electrode assembly with frame, fuel cell single cell, and fuel cell stack | |
JP2017117780A (ja) | 燃料電池モジュール | |
JP2015191802A (ja) | 燃料電池スタック | |
JP6520666B2 (ja) | 燃料電池のシール構造 | |
US9843063B2 (en) | Fuel cell | |
JP4945094B2 (ja) | 燃料電池 | |
CN112397739B (zh) | 燃料电池用金属隔板、接合隔板以及发电单电池 | |
CN110571452B (zh) | 燃料电池用密封垫 | |
US20160099475A1 (en) | Fuel cell | |
JP2013101849A (ja) | 燃料電池用ガスケット付セパレータ及び燃料電池スタック | |
JP2007250206A (ja) | 燃料電池 | |
JP6520677B2 (ja) | シール部材 | |
JP6569503B2 (ja) | 燃料電池のシール構造 | |
JP4793548B2 (ja) | 燃料電池用セルシール | |
CN110931821B (zh) | 燃料电池用密封垫 | |
JP4851722B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP2022066850A (ja) | ガスケット | |
KR20240114924A (ko) | 압축시 가스켓 반력을 낮춘 연료전지 가스켓 단면구조 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |