(57)【要約】【課題】先行技術のガスケットが抱える１以上の問題を解決するガスケットを提供することである。【解決手段】圧縮可能材料から形成されたガスケットであって、第１の構成部品と第２の構成部品の間で流体を封止する第１の封止面及び第２の封止面と、前記第１の封止面及び／又は前記第２の封止面の近傍に設けられ、少なくともガスケットの第１の部位の上に広がることによって、前記第１の部位のガスケットの圧縮率を増加させる複数の窪みとを有するガスケットによる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮可能材料から形成されたガスケットであって、
第１の構成部品と第２の構成部品の間で流体を封止する第１の封止面及び第２の封止面と、
前記第１の封止面及び／又は前記第２の封止面の近傍に設けられ、少なくともガスケットの第１の部位の上に広がることによって、前記第１の部位のガスケットの圧縮率を増加させる複数の窪みとを有する、
ガスケット。
【請求項２】
請求項１に記載されたガスケットであって、前記窪みの密度及び／又は前記窪みの体積は、前記第１の封止面と前記第２の封止面の少なくとも一方において一様でない、
ガスケット。
【請求項３】
請求項１に記載されたガスケットであって、前記窪みの密度及び／又は前記窪みの体積は、前記第１の封止面と前記第２の封止面とで相違する、
ガスケット。
【請求項４】
請求項３に記載されたガスケットであって、前記窪みの密度及び／又は前記窪みの体積は、選択された、対向するガスケットの表面部位同士で相違する、
ガスケット。
【請求項５】
請求項１に記載されたガスケットであって、前記複数の窪みは、１以上の規則的な配列で並んでいる、
ガスケット。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載されたガスケットであって、前記複数の窪みの長さ寸法の平均は、０．１〜１ｍｍの範囲内である、
ガスケット。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかに記載されたガスケットであって、前記複数の窪みの体積の平均は、０．００１〜１ｍｍ３の範囲内である、
ガスケット。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかに記載されたガスケットであって、前記窪みは、実質的に立方形である、
ガスケット。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れかに記載されたガスケットであって、前記窪みは、複数の流体供給チャネルを含んでおり、
前記流体供給チャネルは、ガスケット内で前記第１の封止面の近傍に備えられ、それぞれ、ガスケットの厚みの少なくとも一部に到る深さを有する、
ガスケット。
【請求項１０】
請求項９に記載されたガスケットであって、前記複数の流体供給チャネルは、流入口及び／又は流出口を含む孔と流路が連通している、
ガスケット。
【請求項１１】
請求項１０に記載されたガスケットであって、前記複数の流体供給チャネルは、燃料電池の膜電極接合体と流路が連通している、
ガスケット。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れかに記載されたガスケットであって、
複数の窪みが設けられ、圧縮可能材料からなる第１層と、
前記第１層の近傍に相対的圧縮不可能材料からなる第２層とを含む、
ガスケット。
【請求項１３】
燃料電池の封止方法であって、
圧縮可能材料から形成され、第１の封止面及び第２の封止面と、前記第１の封止面及び／又は前記第２の封止面の近傍に設けられ、少なくともガスケットの第１の部分の上に広がることによって、前記第１の部分のガスケットの圧縮率を増加させる複数の窪みとを有する、ガスケットを供給するステップと、
流体フローフィールドプレートと膜電極接合体の間に前記ガスケットを配置するステップと、
前記流体フローフィールドプレートと前記膜電極接合体の間で前記ガスケットに圧縮圧力をかけることにより、その間に流体を封止するステップとを含む、
燃料電池の封止方法。
【請求項１４】
燃料電池であって、
膜電極接合体と、
流体フローフィールドプレートと、
請求項１乃至１２の何れかに記載されたガスケットとを含む、
燃料電池。
【請求項１５】
実質的に添付図面を参照してここに記載されたガスケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスケット、特に燃料電池の積層体に用いられるガスケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気化学燃料電池は、燃料及び酸化剤を電気エネルギー及び化学反応生成物に変換する。図１に、従来の燃料電池１０の典型的な層構造を示す。ここでは、明瞭化のため、様々な層を分解した状態で図示している。固体高分子イオン導電性膜１１は、陽極１２及び陰極１３の間に挟まれている。陽極１２及び陰極１３は、典型的には、両者ともに、多孔質カーボン等の電気的伝導性のある多孔質体で形成され、この多孔質体には、プラチナ及び／又は他の貴金属触媒の微粒子が付着している。陽極１２及び陰極１３は、しばしば、膜１１の各隣接面にそれぞれ直接接合される。この接合体は、一般に、膜電極接合体（membrane−electrode assembly)、即ち、ＭＥＡと称される。
【０００３】
高分子膜と多孔質電極層とを挟んでいるのは、陽極流体フローフィールドプレート１４及び陰極流体フローフィールドプレート１５である。また中間背面層１２ａ及び１３ａは陽極流体フローフィールドプレート１４と陽極１２との間、及び、陰極流体フローフィールドプレート１５と陰極１３の間で用いられる。背面層は、多孔質であり、陽極表面及び陰極表面の供給ガス、又は排出ガスを効果的に拡散させるとともに、気相水及び液相水の管理を補助するように作られている。
【０００４】
流体フローフィールドプレート１４，１５は伝導性の非多孔質体から形成されており、これらによって陽極１２又は陰極１３がそれぞれ導通している。同時に、上記２つの流体フローフィールドプレートによって、流体燃料、酸化剤、及び／又は、反応生成物を、多孔質電極１２，１３への供給すること、及び／又は、多孔質電極１２，１３から排出することが容易となる。これは、一般的には、多孔質電極１２，１３に対向する表面にある溝、即ち、チャネル１６等のように、流体フローフィールドプレートの表面に流路を形成することにより行われる。
【０００５】
図２（ａ）を参照すると、流体フローフィールド・チャネルの従来の形態の１つには、図２（ａ）に示されるようなインレット・マニホルド２１及びアウトレット・マニホルド２２を有する陽極１４（又は陰極１５）に面した蛇行構造２０を備えたものがある。従来設計に従えば、蛇行構造２０は、プレート１４（又は１５）の表面にチャネル１６を含み、他方、マニホルド２１及び２２の各々は、プレートを貫通する孔からなる。これにより、チャネル１６へ供給され、又は、チャネル１６から排出される流体が、図２（ｂ）に示されたＡ−Ａ断面の矢印のようなプレートと直交する方向に、複数のプレートから成るセルスタックの深さ分を貫通して流通する。
【０００６】
図３を参照すると、従来の燃料電池の積層体３０は、複数のプレートを積層して組み上げられている。この構成において、隣接する陽極側及び陰極側の流体フローフィールドプレートは従来方式で組み合わせられて、単一バイポーラ・プレート３１を形成している。単一バイポーラ・プレート３１は、その一方の面上に陽極チャネル３２を有し、反対の面上に陰極チャネル３３を有している。陽極チャネル３２及び陰極チャネル３３は、それぞれ、各膜電極接合体（ＭＥＡ）３４と隣接している。セルスタック全体にわたるインレット・マニホルド及びアウトレット・マニホルドは、インレット・マニホルド孔２１及びアウトレット・マニホルド孔２２を全て重ね合わせることによって設けられている。このセルスタックの様々な構成要素は、明瞭化のため、僅かに分離されて示されているが、本発明の目的に照らし、封止ガスケットを用いて一体的に圧縮されることを理解されたい。
【０００７】
図４を参照すると、膜電極接合体４０の陽極側表面は、その周囲に沿った封止ガスケット４１により覆われている。封止ガスケット４１は、ＭＥＡ４０の陽極側表面の周縁部にある流入口４４及び流出口４５の近傍に２つの孔４２，４３を有する。陽極伝導プレート４６（図４（ｂ）では、外枠を点線で示し、明確化のために若干分離しているが、図４（ａ）では、以下の構造を示すために省略している。）は、封止ガスケット４１に重ねられる。
【０００８】
流入口４４と流出口４５の間の流体封入体積４７は、ＭＥＡ４０の陽極側表面と、封止ガスケット４１と、陽極プレート４６とによって画定される。流体封入体積４７は、ＭＥＡの限られた浸透性とともに、陽極プレート４６及び封止ガスケット４１の不浸透性とにより影響される（すなわち、実質的にはイオンフローのみに支配される）。この流体封入体積４７内には、拡散シート４８が広がっている。拡散シート４８は、シート４８の側端面５１，５２と封止ガスケット４１の間に、１以上の充満部（plenums）４９，５０が画定されるような形状となるように形成されている。さらに詳しくは、図４のように、第１の充満部４９は、大きなほうである拡散シート４８の周囲の側端面５１（すなわち、３辺の大部分）に沿っているインレット側の充満部である。第２の充満部５０は、小さいほうである拡散シート４８の周囲の側端面５２に沿っているアウトレット側の充満部である。
【０００９】
従来のガスケットは、封止面が一様に平坦かつ平行であるとき、厚さ及び構成が一様であれば通常は十分である。したがって、封止面に一様な圧縮を行えば十分な封止を行うことができる。しかしながら、特定の環境では、このような従来のガスケットの使用が最適ではないことがある。例えば、封止面上で追加部品のような表面特異部が含まれる場合、一様にガスケットを圧縮すると、ガスケットの領域にかかる圧力は不均一となる。例えば、表面の突出部のために封止面同士の距離が狭くなった部分では高圧となりやすく、その突出部の周辺のように封止面同士の距離が広くなった部分では対照的に低圧となりやすい。このため、封止の信頼性及び／又は効果の低下を招くことがある。また、従来のガスケットは、圧力をかけると封止領域の端部で膨張する傾向があり、ガスケット材料を封止領域外に押し出すことがある。
【００１０】
したがって、従来のガスケット材料では、十分な封止が行えるように高い圧力が必要である。特に薄いガスケットの場合、圧縮率が低いために、さらに高い圧力が必要である。あるいは、平坦性及び平行性について、さらに高い耐久度を有する封止面が必要となってくる。
【００１１】
また、高圧下では、ガスケットは材質クリープ（material creep）を起こしやすく、これが長時間続くと封止の効果を弱めてしまうことがある。また、封止の効果は、温度サイクルによっても弱められる。
【００１２】
上述した問題の１つの解決策は、輪郭線のつけられた面に明確に一致させるように形成した三次元加工ガスケットを作ることである。しかしながら、これらのガスケットは、法外に高価であり、厚さが可変であるために、ここで述べる燃料電池の例ような特定の環境においては、やはり、十分に均一な封止を行うことはできない。
【００１３】
別の解決策は、不均一な表面を許容し、低い封止圧力でも可能なように、高い圧縮率のガスケット材料を用いることである。しかしながら、そのようなガスケットは、封止領域外にはみ出るという望ましくない傾向が強い。
【００１４】
したがって、不均一な表面を効果的に封止し、封止領域外にはみ出しにくく、低い封止圧力で封止することができ、三次元加工ガスケットと比較して製造コストが低いガスケットが求められていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、先行技術のガスケットが抱える１以上の問題を解決するガスケットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の第１の態様によると、本発明は、ガスケットを提供するものであって、このガスケットは、
圧縮可能材料から形成され、
第１の構成部品と第２の構成部品の間の流体封止のための第１の封止面及び第２の封止面と、
前記第１の封止面及び／又は前記第２の封止面の近傍に設けられ、少なくともガスケットの第１の部分の上に広がることによって、前記第１の部分のガスケットの圧縮率を増加させる複数の窪みとを有する。
【００１７】
本発明の第２の態様によると、本発明は、燃料電池の封止方法を提供するものであって、この封止方法は、
圧縮可能材料から形成され、第１の封止面及び第２の封止面と、前記第１の封止面及び／又は前記第２の封止面の近傍に設けられ、少なくともガスケットの第１の部分の上に広がることによって、前記第１の部分のガスケットの圧縮率を増加させる複数の窪みとを有する、ガスケットを供給するステップと、
流体フローフィールドプレートと膜電極接合体の間に前記ガスケットを配置するステップと、
前記流体フローフィールドプレートと前記膜電極接合体の間で前記ガスケットに圧縮圧力をかけることにより、その間に流体を封止するステップとを含む。
【００１８】
本発明の第３の態様によると、本発明は、燃料電池を提供するものであって、この燃料電池は、
膜電極接合体と、流体フローフィールドプレートと、前記第１の態様に係るガスケットとを含む。
【００１９】
本発明によれば、従来のガスケットと比べて、封止に必要な全積層数を軽減しうる。また、温度サイクル後のガスケットの封止維持性能を改善しうる。さらに、封止面の片面又は両面にある表面突出部の周辺を封止しうる。
【００２０】
以下、本発明の実施例について、例及び添付図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
面上の流路チャネル含む陽極及び陰極の流体フロープレートの従来の設計については、図１〜３を示して既に論じた。また、そのようなプレートを用いる典型的なガスケットの構成については、図４を示して既に論じた。
【００２２】
図５は、本発明に係るガスケット５３の代表的な部位を表している。ガスケット５３は、第１の封止面５４と第２の封止面５５とを有する。第１の複数の窪み５６は、ガスケット５３内の第１の封止面に設けられ、ガスケットの上記の部位の上に広がっている。この具体例では、窪み５６は、図示するガスケット５３の上記の部分の上に規則的な配列で広がっている。また、ガスケット５３内の第２の封止面５５には、第２の窪み５７が設けられ、この具体例では、第２の窪み５７は、実質的に、サイズと配列が第１の複数の窪みと類似する。
【００２３】
第１の窪み５６は、面５４に設けられるものとして図５に示されているが、他の具体例として、面５４の下に設けても良い。ただし、ガスケット５３の厚みを通った局所的な表面の圧縮率に影響するように、十分に面に近づけることを要する。
【００２４】
ガスケットの封止面５４，５５は、ガスケットを封止する構成部品の表面との接触面として定義される。したがって、封止面には、一般的に、窪み５６，５７の内面は含まれない。しかしながら、ガスケット５３に加わる圧力が増加するにつれ、窪み５６，５７の内面がガスケット５３の封止面の一部となり、その比率は圧力増加とともに増加する。
【００２５】
「窪みの密度」という用語は、ここでは、ガスケット５３の何れかの領域上に存在する窪みの数の指標として用いられる。ガスケット５３のある部位の第１の封止面５４の窪みの密度は、ガスケット５３の同一部位の第２の封止面５５の窪みの密度と異なっても良い。例えば、図５のガスケット５３の封止面５４の面積が１ｃｍ2で、その窪みの数が３６であれば、第１の封止面の窪みの密度は３６ｃｍ-2となる。
【００２６】
ここで用いる「窪みの体積」という用語は、ある所定の窪みの総体積であって、実質的には、ガスケット５３又はその特定部分の窪みの平均値に基づいて得られる。
【００２７】
ガスケットの一部分の窪みの密度及び体積は、少なくとも部分的に、ガスケットのその部分の圧縮率を決定するものと理解される。
【００２８】
「圧縮可能材料」という用語は、圧縮圧力の下で著しく変形する固体材料であって、その物理機械的特性が、圧力をかけたときの弾性（すなわち復元可能な性質）及び可塑性（すなわち不変かつ復元不可能な性質）の複合変形により特徴付けられるものを網羅するものである。また、クリープや粘弾性のような時間依存効果は、部分的に圧縮可能材料の特性を決定する。
【００２９】
ガスケットの一部分の圧縮率を増加させれば、その一部分の総厚みを同程度まで圧縮するのに必要な圧力を減少させることとなる。これに代えて、圧力を同一とすれば、その一部分の総厚みが大幅に減少する。
【００３０】
図６は、本発明に係るガスケット６１の窪み６２，６３の非対称配列の断面図を示す。ここでは、窪みの体積が、第１の封止面６４と第２の封止面６５とで相違する。第１の封止面６４の近傍の窪み６２は、第２の封止面６５の近傍の窪み６３と寸法が異なる。このタイプの窪みの体積のバリエーションによって、同一の圧力で、大きな窪み６３の間のガスケット材料６６を、小さな窪み６２の間のガスケット材料６７よりもはるかに圧縮することができる。
【００３１】
図６に示したものと類似の効果は、第１の封止面６４と第２の封止面６５の下の各窪みの体積の平均を変える代わりに、窪みの間隔を変えて窪みの密度を変化させることによっても得られる。
【００３２】
窪みの密度及び／又は窪みの体積は、第１の封止面６４と第２の封止面６５の近傍にある、少なくとも選択された、対向するガスケットの表面部位同士で相違しても良い。この対向するガスケットの表面部位は、第１の封止面６４と第２の封止面６５の各選択部分であって、ガスケット６１の対向する２つの封止面において実質的に同一の領域である。
【００３３】
図６のガスケット６１のような非対称配列において、表面の接合特性は、結果として、一方の面に偏る。ガスケット６１の一方の封止面６４の接触領域は、他方の封止面６５と対比して、接着剤や前もっての表面処理の必要もなく、他面上の一面に接合しやすい傾向がある。
【００３４】
図７は、上部構成部品７７と下部構成部品７６の間で圧縮状態のガスケット６１の断面図である。ガスケット６１は、２つの構成部品の表面７４，７５の間に位置している。下部構成部品の表面７４には、表面特異部７３が位置する。表面特異部７３は、構成部品の表面７４から突出しているものである。補償部７２のガスケット材料は、矢印７１で示す方向に圧力を与えると、補償部の外側部分よりもはるかに圧縮される。圧縮は、ガスケット自体の体積の範囲内でさらに行われるが、さらにガスケット６１の外郭が膨張することはない。窪み６３があるため、補償部７２の範囲内にある周囲のガスケット材料は、加圧方向に対して垂直をなす方向に沿って窪み６３の中へと膨張する。表面特異部７３は、例えば、水道用弁のような比較的に圧縮不可能な箔又は片であって、流体フロープレートの選択部分を覆うように配置される。ガスケット６１は、表面特異部７３の周辺が圧縮で変形できるから、表面特異部の周囲の封止は、表面特異部があるために弱められない。
【００３５】
本発明に係るガスケット５３，６１は、規則的な配列、つまり例えば図５のように実質的に均一な正方形空間のパタンに並べられた長方形の窪み５６，５７，６２，６３を含むと好ましい。また、六角形や三角形のパタンのような他の反復パタンのタイプも考えられる。さらに、窪みの非反復パタン又はランダム分布については、窪みの密度と窪みの体積の平均でも特徴付けられるが、本発明の目的の範囲内で考えられる。
【００３６】
「窪み」という用語は、個々に分離した柱状部又は他の段状部の配列内に形成され、相互に繋がっている窪みの配列だけではなく、ガスケットに広がる個々に分離した窪みの配列にも当てはまる定義を網羅するものと理解されたい。本発明に係るガスケットは、一方又は両方の封止面の少なくとも一部位に広がる、片方又は両方のタイプの窪みを含んでよい。
【００３７】
本発明には、シリコンや、ニトリル又はブチルゴムのような従来のガスケット材料を用いてよい。しかしながら、延伸ＰＴＦＥのような他の材料も用いることができる。
【００３８】
ガスケットの厚みは、１０ｍｍ以下が好ましい。さらに好ましくは、非圧縮のガスケットの厚さが０．１〜３ｍｍ、更に言うと０．１〜１ｍｍであるのがよい。
【００３９】
複数の窪み５６，５７，６２，６３の体積の平均は、５ｍｍ3以下がよく、さらに好ましくは、０．００１〜１ｍｍ3の範囲内であるのがよい。窪みは、いかなる適当な形状であってもよいが、実質的に立方形であるのが好ましい。また、長さ寸法の平均は、０．１〜１ｍｍの範囲内であるのがよい。
【００４０】
本発明に係るガスケット５３，６１の窪みは、均一な厚みのガスケットの面（両面）にテクスチャを施すことにより形成することが好ましい。このテクスチャは、ガスケットの圧縮成形によって行うとよい。圧縮成形は、例えば、ガスケット材料を所望の形状に成形するのに適切な熱と圧力を加えた状態でプラテン間に挟むことにより行われる。もしくは、鋳造、射出成形、又はテクスチャローラーを用いたローリング／艶出しのような様々な公知技術によって、本発明に係るガスケット材料を成形してもよい。
【００４１】
本発明に係る窪みのさらなる機能としては、流体配送機能がある。図８に、封止面５４と、分離した窪み５６とを備え、本発明に従ったガスケットの窪みの閉塞セル格子構造を示す。選択された窪みが広がり、相互に分離されているのではなく、相互に繋がっているような本設計を変更したものとして、図９に示されたような構成がありうる。ガスケット９０には、窪みのパターンの一部として、相互に連通している流体供給チャネル９１，９２，９４が形成されている。これらの流体供給チャネルは、それぞれ、外周の窪み５６に関して、ガスケット９０の厚みの少なくとも一部に到る深さを有する。例えば成形によって、流体フローフィールドプレートにガスケットが直接形成される場合、流体供給チャネルは、ガスケットの全体の厚みにわたる。
【００４２】
流入チャネル９１は、流体配送チャネル９４を介して、複数の流出チャネル９２に接続されている。実際に流れる方向は、矢印９３で示す方向とするのがよい。図９に記載した構成によって、図４に示したガスケット４１に備えられた孔４２，４３と連通して、流入口４４から膜電極接合体４０の近傍にある充満部４９の様々な部分へと流体を配送する処理が行なわれる。同じタイプの構成は、流出口４５にも、同様に適用される。
【００４３】
ガスケット９０の圧縮率は、窪み５６の密度、深さ、サイズにより設定され、流体供給チャネル９１，９２，９４が流体を通す度合いを、ある程度まで制御するのに用いられる。ガスケット９０に加わる圧力が増加すると、流体供給チャネル９１，９２，９４は狭まって、流路９３が詰まる傾向にある。そこから、流入口４４における押し返し圧力が増加する。これは、多数の膜電極接合体にわたる流体配送の正確性の改善に有効である。したがって、流体計測される正確性及び速度は、図９に示すタイプのガスケット９１を含むセル積層体３０にかかる圧力によって、少なくとも部分的に制御される。このため、他の場合にはこれらの機能の実現に必要な別個の構成部品が、不要になるという利益が得られる。
【００４４】
図１０に、他のガスケットの構成を示す。ここで、ガスケット１０１は、封止面１０２の下に規則的な格子パターンで配列された窪み１０３を備えている。この構成では、窪みの体積及び／又は密度を、図８に示す構成よりも増加させることができる一方で、使用時における各窪みの流体的独立性を維持している。また、正方形の窪みや、例として記載された種類の規則的な格子配列に限られるものではなく、他のタイプの窪みの構成も考えられる。例えば、丸い窪みは、製造の容易性から見て有利である。さらに、他の形状とすることも可能である。
【００４５】
ガスケット５３，６１の窪み５６，５７，６２，６３は、ガスケットにおける位置と必要とされる機能とに従って、ガスケット５３，６１の予め決定された部位に設ければよい。図１１は、陽極の形態の構成例である。ここで、ガスケット４１は、図４に示したものと類似の構成で、第１の充満部４９と第２の充満部５０を取り囲んでいる。封止ガスケットの第１の部位４１ａは、図９に示して上述した原理に従い、流出チャネル９２とともに、その内部に流体配送チャネル９４を有するように加工されている。流出チャネル９２は、第１の充満部４９と流路が連通する、ガスケット４１の内枠１１０の部位に設けられている。第１の部分４１ａの流入チャネル９１は、ガスケット４１の孔４２にある流入口４４と一致する。流入チャネル９１に入った流体は、ガスケット４１の第１の部分４１ａに設けられた流体配送チャネル９４を経由して、第１の充満部４９の近傍にあるガスケットの内枠１１０沿いに配送される。ガスケット４１の第２の部分４１ｂは、ガスケット４１の孔４３にある流出口４５を経由して、第２の充満部５０から流体が流出するように、この例では、図５及び図８に示し上述した方法によって加工されている。
【００４６】
ガスケットの流体配送は、ガスケットの開放セル領域の加工を通じてなされる。図１２は、そのようなガスケット１２０の例である。ここで、ガスケット１２０は、閉塞セル領域１２２と開放セル領域１２１とを含む。流体は、開放セル領域内で柱状部１２３の周囲を流れる。柱状部１２３は、この例では円柱又は楕円柱として形成されている。この他にも、柱状部１２３は、長方形又は多角形の柱、もしくは、円錐又は角錐形状のような様々なものであってもよい。柱状部の構成は、適当な反復パターン又は非反復パターンの何れであってもよく、また、ランダム分布であってもよい。とりうるパターンの例には、規則的な正方形、六角形、杉綾パターンがある。
【００４７】
柱状部１２３は、形成にあたり周囲の閉塞セル領域とは異なる高さを選択できるという利点がある。低い柱状部を選択すると、ガスケット１２０に圧縮圧力が加わったときの歪みを低減することができる。さらに、このような低い柱状部は、開放セル領域に重なる構成部品の支持に用いられる。周囲のガスケットよりも高い柱状部１２３を選択すると、この柱状部は周辺部よりも圧縮され、その周辺部は、開放セル領域１２１の流体計測に用いられる。
【００４８】
図１３に示すように、開放セル領域１２１は、流入口及び／又は流出口自体を含んでいる。この例では、開放セル領域１２１は、ガスケットを横切り、閉塞セル領域１２２により束ねられた流体チャネル１３１の束から構成されている。
【００４９】
図１４に示すように、ガスケットは流体口１４１を含み、これは流入口又は流出口となりうる。流体口１４１は、ガスケットを横切る流路のために必要な部分を除き、閉塞セル領域１４３に囲まれている。この部分には、図１２で示したような開放セル領域を含む流体配送部１４２がある。この開放セル領域１４２は、流体チャネルの束を含むか、もしくは、ガスケット材料の隆起した柱状部の間に形成され、相互に繋がった複数の窪みを含む。
【００５０】
本発明に係るガスケットは、単一構成（Unitary construction）、すなわち１つタイプの圧縮可能材料で形成したものである必要はなく、１以上のタイプから形成してもよい。例えば、ガスケットを、複数の窪みが設けられ、圧縮可能材料からなる第１層と、その下の相対的圧縮不可能材料からなる第２層とから構成してもよい。第１層には、例えば、スクリーン印刷、積層、成形や他のプロセスなど、何れかの適当な方法が適用される。ガスケットの片面又は両面の少なくとも一部に広がる窪みの構成は、圧縮可能材料の層のパターンによって決定する。例えば、シリコンゴムのパターンには、ポリエステル箔の片面又は両面へのスクリーン印刷が適用され、それにより、硬化後に弾性的に圧縮可能な表面層が形成される。こうして形成された表面層は、他の場合では一般的には封止に不適当な箔に、封止特性の改善をもたらす。適当な窪みの構成パターンは種々考えられるが、図８〜１０に記載されたようなパターンが好ましい。
【００５１】
図１５は、さらに他のガスケット１５０の構成を示す。ガスケット１５０には、閉塞セル領域と開放セル領域が組み合わせれて設けられ、ガスケット１５０内に所定の流体配送部を形成している。流体口１５３は、流体配送チャネル１５２ａを含んだ部分を除いて、閉塞セル領域１５４に取り囲まれている。流体配送チャネル１５２により、流体口１５３と、ガスケット１５０によって決定される内部空間１５５とは、流路が連通している。さらに離れた部分である流体配送チャネル１５２ｂは、ガスケット１５０によって決定される内部空間１５５を、外部マニホルド１５１に連通させている。外部マニホルド１５１は、例えば、燃料電池への冷却材の配送に用いられ、一方、流体口１５３は、酸化剤の供給に用いられる。
【００５２】
ここで説明したガスケットは、とりわけ、燃料電池に用いられるガスケットの厳しい要求を満たすものである。そのような燃料電池ガスケットは、典型的には、広い領域にわたる高い寸法精度が要求され、また、例えば、わずか０．２ｍｍの圧縮によって、広い表面領域にわたる封止を実現する必要がある。多くの独立したセルを有する燃料電池スタックの歪みを低減し、各セルの拡散層に十分な体積を確保するためには、封止圧力がかけられたときの封止ガスケットの厚みの変動範囲をわずか約１０％とする必要がある。したがって、漏れを起こさずにガスケットの面を結合するにあたって、高い許容度を有する表面が必要となる。しかしながら、燃料電池ガスケットは、セルスタックに通すタイロッドのような他の構成部品の熱膨張及び収縮を許容できるような、十分な弾性及び柔軟性もまた必要である。燃料電池スタックの積層及び封止には高い精度が求められており、ここで述べたガスケットは、驚くべきことに、この点において格別な効果を奏するものである。説明したガスケットの窪みによれば、積層数を軽減し、表面の突出部の周辺の封止を改善し、また、一定の寸法及び積層の許容度を緩和する一方で、ガスケットの封止性能又は燃料電池スタックの厚みの寸法精度を悪化させることはない。
【００５３】
他の実施例が添付の特許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来の燃料電池の一部の概略断面図である。
【図２ａ】図１の燃料電池の流体フローフィールドプレートの簡略化された平面図である。
【図２ｂ】図１の燃料電池の流体フローフィールドプレートの簡略化された断面図である。
【図３】バイポーラ・プレートを備える従来の燃料電池のセルスタックの断面図である。
【図４ａ】封止ガスケットと流入・流出口を考慮して配置された拡散シートを有する陽極の形態の平面図である。
【図４ｂ】図４ａに対応する、Ａ−Ａ線に沿った側方断面図である。
【図５】本発明のガスケットの一部の構造の斜視図である。
【図６】本発明の実施例であるガスケットの部位の断面図である。
【図７】加圧時の本発明の実施例によるガスケットの一部の概略断面図である。
【図８】本発明の好ましい実施例によるガスケットの窪みの閉塞セルグリッド構造の平面図である。
【図９】本発明の好ましい実施例によるガスケットの窪みの閉塞セルグリッド構造であって、さらに流体配送チャネルの窪みを有するものの平面図である。
【図１０】本発明の好ましい実施例によるガスケットの窪みの他の閉塞セルグリッド構造の平面図である。
【図１１】別々に加工されたガスケット材料である２つの部位を有する陽極の形態の平面図である。
【図１２】開放セル及び閉塞セル領域を含むガスケットの他の形態の斜視図である。
【図１３】開放セル及び閉塞セル領域を含むガスケットのさらに他の形態の平面図である。
【図１４】開放セル及び閉塞セル領域とともに流体口を含むガスケットのさらに他の形態の平面図である。
【図１５】流体口、流体配送チャネルを含み、外部マニホルドと流路が連通するガスケットの他の形態の平面図である。
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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