(57)【要約】【課題】単位セルの厚みのばらつきを抑制でき、かつ、ガスケットの装着性と燃料電池の組立性を改善できる燃料電池用セパレータを提供することである。【解決手段】セパレータ１ａ、１ｂを２枚重ね合わせた状態で、その重ね合わせ面間に設けられたガスケット溝１０にガスケット素材としての液状フッ素ゴムを流し込み、この流し込まれた液状フッ素ゴムの固化で形成されるガスケット１１によって、２枚重ねにされたセパレータ１ａ、１ｂを一体化することにより、冷却板の機能を持たせた２枚重ねのセパレータ１ａ、１ｂ間の間隔をなくして、単位セルの厚みのばらつきを抑制するとともに、２枚重ねにされたセパレータ１ａ、１ｂの重ね合わせ面間に設けられたガスケット溝１０への冷却水封止用ガスケット１１の装着性と、燃料電池の組立性を改善できるようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚重ねにされ、その重ね合わせ面間にガスケット溝が設けられた燃料電池用セパレータにおいて、前記セパレータを２枚重ね合わせた状態で、前記重ね合わせ面間に設けられたガスケット溝に液状のガスケット素材を流し込み、この流し込まれた液状素材の固化でガスケットを形成し、この液状素材の固化で形成されて前記ガスケット溝に装着されるガスケットによって、前記２枚重ねにされたセパレータを一体化したことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記２枚重ね合わせた状態のセパレータの表裏面の少なくとも一方に設けられたガスケット溝と、前記重ね合わせ面間に設けられたガスケット溝とに連なる前記液状のガスケット素材の流し込み口を設け、この流し込み口からこれらのガスケット溝に前記液状のガスケット素材を同時に流し込み、この流し込まれた液状素材の固化で、前記表裏面の少なくとも一方に設けられたガスケット溝と、前記重ね合わせ面間に設けられたガスケット溝とにガスケットを同時に形成した請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記ガスケットを、前記液状のガスケット素材の射出成形で形成した請求項１または２に記載の燃料電池用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質として固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池は、コンパクトな構造で高出力が得られ、かつ、簡単なシステムで運転可能であることから、家庭用や電気自動車等の電源として注目されている。固体高分子型燃料電池は、高分子電解質膜の両側にアノードとカソードを配した膜／電極接合体と、その両外側に配されたガス拡散層とから成る電極構造体を有し、この電極構造体の両外側に、燃料電池に供給される燃料ガスの流路を設けたアノード側のガス流路基板と、酸化剤ガスの流路を設けたカソード側のガス流路基板を配して単位セルが構成されている。これらの単位セルはセパレータを介して積層されている。
【０００３】
上記燃料電池には、セパレータの片面または両面にガス流路を設け、セパレータにガス流路基板の機能を持たせたものがある。このようなセパレータは、ガス流路に供給される燃料ガスや酸化剤ガスを封止するガスケットを装着するガスケット溝が設けられている。このガスケット溝に装着されるガス封止用ガスケットとしては、Ｏリング等の定形のシール部材が多く用いられているが、液状シリコーンゴムを素材として、射出成形でガスケットをセパレータに一体化したものもある（例えば、特許文献１参照。）。このようなガスケットの射出成形は、セパレータを金型内にセットし、金型との間でガスケット溝に液状シリコーンゴムを射出して固化させる方法で行われている。
【０００４】
また、上記燃料電池では電極構造体での酸化反応によって発熱を生じるので、積層された単位セルの層間に、冷却水を供給する流路を設けた冷却板を適宜のピッチで挿入し、電極構造体の内部を所定の温度以下に保持して、発電効率の低下を防止するようにしている。冷却板を挿入する替りに、セパレータを２枚重ね合わせて、重ね合わせたセパレータの内側面の一方または両方に冷却水流路を設け、セパレータに冷却板の機能を持たせたものもある。このようなセパレータでは、重ね合わせ面間にガスケット溝を設け、このガスケット溝に冷却水流路へ供給される冷却水を封止するガスケットを装着している。冷却水はガスよりも漏れ難いので、冷却水封止用のガスケットとしてはＯリング等の定形のシール部材が用いられている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２８３８９３号公報（第７−８頁、第１０−１５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した冷却板の機能を持たせた２枚重ねのセパレータでは、重ね合わせ面間に設けたガスケット溝に冷却水封止用ガスケットとして定形のシール部材を装着しているので、その弾性変形代によって２枚重ねのセパレータ間の間隔がばらつき、延いては単位セルの厚みがばらつく。また、冷却水封止用ガスケットを、特許文献１に記載されたガス封止用ガスケットと同様に、射出成形でセパレータに一体化しても、やはり、その弾性変形代によって２枚重ねのセパレータ間の間隔がばらつく。固体高分子型燃料電池は、単位セルを数十〜数百個積層して使用されるので、単位セルの厚みのばらつきを抑えることが重要であり、例えば、単位セルの厚みが５０μｍばらつくと、発電量が電圧換算で約２０％低下する。
【０００７】
また、定形シール部材を用いた従来の冷却水封止用ガスケットは、２枚重ねにされたセパレータのガスケット溝から外れやすいので装着性が悪く、かつ、２枚重ねにされたセパレータが別体であるので、燃料電池の組立に手間がかかる問題もある。特許文献１に記載されたガス封止用ガスケットのように、冷却水封止用ガスケットを一方のセパレータに一体化すれば、ガスケットの装着性は改善されるが、２枚重ねにされたセパレータは別体であるので、燃料電池の組立に手間がかかる。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、単位セルの厚みのばらつきを抑制でき、かつ、ガスケットの装着性と燃料電池の組立性を改善できる燃料電池用セパレータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は、２枚重ねにされ、その重ね合わせ面間にガスケット溝が設けられた燃料電池用セパレータにおいて、前記セパレータを２枚重ね合わせた状態で、前記重ね合わせ面間に設けられたガスケット溝に液状のガスケット素材を流し込み、この流し込まれた液状素材の固化でガスケットを形成し、この液状素材の固化で形成されてガスケット溝に装着される前記ガスケットによって、前記２枚重ねにされたセパレータを一体化した構成を採用した。
【００１０】
すなわち、セパレータを２枚重ね合わせた状態で、その重ね合わせ面間に設けられたガスケット溝に液状のガスケット素材を流し込み、この流し込まれた液状素材の固化で形成されるガスケットによって、２枚重ね合わせたセパレータを一体化することにより、冷却板の機能を持たせた２枚重ねのセパレータ間の間隔をなくして、単位セルの厚みのばらつきを抑制するとともに、セパレータの重ね合わせ面間に設けられたガスケット溝への冷却水封止用ガスケットの装着性と、燃料電池の組立性を改善できるようにした。
【００１１】
前記液状のガスケット素材としては、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム等を用いることができる。
【００１２】
前記２枚重ね合わせた状態のセパレータの表裏面の少なくとも一方に設けられたガスケット溝と、前記重ね合わせ面間に設けられたガスケット溝とに連なる前記液状のガスケット素材の流し込み口を設け、この流し込み口からこれらのガスケット溝に前記液状のガスケット素材を同時に流し込み、この流し込まれた液状素材の固化で、前記表裏面の少なくとも一方に設けられたガスケット溝と、前記重ね合わせ面間に設けられたガスケット溝とにガスケットを同時に形成することにより、２枚重ねにされたセパレータの表裏面の少なくとも一方に設けられたガスケット溝へ、ガス封止用ガスケットを別途に装着する手間を不要とすることができる。
【００１３】
前記ガスケットは、前記液状のガスケット素材の射出成形で形成するとよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池用セパレータは、セパレータを２枚重ね合わせた状態で、その重ね合わせ面間に設けられたガスケット溝に液状のガスケット素材を流し込み、この流し込まれた液状素材の固化で形成されるガスケットによって、２枚重ね合わせたセパレータを一体化したので、冷却板の機能を持たせた２枚重ねのセパレータ間の間隔をなくして、単位セルの厚みのばらつきを抑制できるとともに、セパレータの重ね合わせ面間に設けられたガスケット溝への冷却水封止用ガスケットの装着性と、燃料電池の組立性を改善することができる。
【００１５】
前記２枚重ね合わせた状態のセパレータの表裏面の少なくとも一方に設けられたガスケット溝と、重ね合わせ面間に設けられたガスケット溝とに連なる液状のガスケット素材の流し込み口を設け、この流し込み口からこれらのガスケット溝に液状のガスケット素材を同時に流し込み、この流し込まれた液状素材の固化で、表裏面の少なくとも一方に設けられたガスケット溝と、重ね合わせ面間に設けられたガスケット溝とにガスケットを同時に形成することにより、２枚重ねにされたセパレータの表裏面の少なくとも一方に設けられたガスケット溝へ、ガス封止用ガスケットを別途に装着する手間を不要とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この燃料電池用セパレータは固体高分子型燃料電池用のものであり、図１および図２に示すように、２枚重ねにされたセパレータ１ａ、１ｂの表裏面、すなわち、セパレータ１ａの上面とセパレータ１ｂの下面とに、それぞれ燃料電池に供給される燃料ガスとしての水素ガスのガス流路２ａと、酸化剤ガスとしての酸素ガスのガス流路２ｂが設けられている。各セパレータ１ａ、１ｂには、これらを貫通するガス供給口３ａ、３ｂとガス排出口４ａ、４ｂが設けられており、水素ガスはガス供給口３ａからガス流路２ａに供給されてガス排出口４ａへ排出され、酸素ガスはガス供給口３ｂからガス流路２ｂに供給されてガス排出口４ｂへ排出される。
【００１７】
また、前記２枚重ねにされたセパレータ１ａ、１ｂの重ね合わせ面のうちのセパレータ１ｂの上面には、燃料電池の冷却水が供給される冷却水流路５が設けられている。冷却水は、各セパレータ１ａ、１ｂを貫通する冷却水供給口６から冷却水流路５に供給され、同じく各セパレータ１ａ、１ｂを貫通する冷却水排出口７へ排出される。
【００１８】
前記２枚重ねにされたセパレータ１ａ、１ｂの表裏面には、各ガス流路２ａ、２ｂの周囲にガスケット溝８ａ、８ｂが設けられ、これらのガスケット溝８ａ、８ｂに、それぞれガス流路２ａ、２ｂに供給される水素ガスと酸素ガスを封止するガスケット９ａ、９ｂが装着されている。また、重ね合わせ面となったセパレータ１ｂの上面には、冷却水流路５の周囲にガスケット溝１０が設けられ、このガスケット溝１０に、冷却水流路５に供給される冷却水を封止するガスケット１１が装着されている。
【００１９】
前記ガス封止用のガスケット９ａ、９ｂと冷却水封止用のガスケット１１は、液状のガスケット素材としてフッ素ゴムを用いて射出成形で形成したものであり、２枚重ねにされた各セパレータ１ａ、１ｂには、厚み方向に貫通して各ガスケット溝８ａ、８ｂ、１０に連なる液状フッ素ゴムの流し込み口１２が設けられている。流し込み口１２は、各セパレータ１ａ、１ｂを重ね合わせた後で加工してもよい。
【００２０】
前記液状フッ素ゴムを用いた射出成形は、２枚重ね合わせた状態のセパレータ１ａ、１ｂを射出成形機の金型内にセットし、流し込み口１２へ液状フッ素ゴムを射出する方法で行われる。射出された液状フッ素ゴムは、流し込み口１２から各ガスケット溝８ａ、８ｂ、１０へ同時に流し込まれる。重ね合わせ面間のガスケット溝１０に流し込まれた液状フッ素ゴムは、その固化に伴って冷却水封止用のガスケット１１を形成するとともに、その接着力で各セパレータ１ａ、１ｂを一体化する。また、表裏面の各ガスケット溝８ａ、８ｂに流し込まれた液状フッ素ゴムは、金型に形成された溝との間で固化し、表裏面から所定の高さとなるように各セパレータ１ａ、１ｂと一体化して、ガス封止用のガスケット９ａ、９ｂを形成する。
【００２１】
上述した実施形態では、２枚重ねにされたセパレータの表裏面にガス封止用ガスケットを形成したが、表裏面のいずれか一方にガス封止用ガスケットを形成してもよい。また、液状のガスケット素材としては、フッ素ゴムのほかに、シリコーンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム等を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】燃料電池用セパレータの実施形態を示す分解斜視図
【図２】図１の２枚重ねにされたセパレータの縦断面図
【符号の説明】
【００２３】
１ａ、１ｂ  セパレータ
２ａ、２ｂ  ガス流路
３ａ、３ｂ  ガス供給口
４ａ、４ｂ  ガス排出口
５  冷却水流路
６  冷却水供給口
７  冷却水排出口
８ａ、８ｂ  ガスケット溝
９ａ、９ｂ  ガスケット
１０  ガスケット溝
１１  ガスケット
１２  流し込み口
【図１】
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【図２】
2006351381.tif 000004