(57)【要約】【課題】パッキンによる燃料電池積層体とマニホールドとのシールを、パッキンのマニホールドとの接触面でパッキンの凹部丸みに比べてマニホールドの凸部丸みを大きくした構造にすることにより外側引張り力を利用してシール性を良くすると、パッキンの機械的な強度が低い場合には亀裂が生じてシールが保持できなくなる。本発明の目的は、パッキンの機械的特性および信頼性が高くシール性能の優れた燃料電池のマニホールドパッキン構造を提供することにある。【解決手段】パッキンの成型時にアラミド繊維等の補強材をマニホールドに接する面に沿ってパッキンの内部に挿入して成型し、またマニホールドとパッキンの接する面に液状のフッ素樹脂系ゴムまたはフッ素系塗料のシール材を用いる。この構成でパッキンの割れを防止でき寿命の高い安定したシール性能が得られる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池を積層して成る電池積層体の側面に設けた反応ガスを供給および排出するマニホールドを、パッキンを介してシールする構造として、前記パッキンの前記電池積層体の側面と接する面に窪みを設けて、ペースト状または運転温度より低い融点温度を持つ熱可塑性樹脂からなるシール材を閉じ込め、前記パッキンの前記マニホールドの端部と接する面の断面形状を、丸みをもつ凹部（曲率半径Ｒ２）として前記パッキンの長手方向に設けると共に、この凹部に嵌め合わされる前記マニホールドの端部の断面形状を、前記パッキンの凹部の丸みよりも曲率半径が大きい丸みをもつ凸部（曲率半径Ｒ１）として前記マニホールドの端部の長手方向に設けた燃料電池のマニホールドパッキン構造において、
前記パッキンの成型時に、補強材を前記マニホールドに接する面に沿って前記パッキン内部に挿入して成型することを特徴とする燃料電池のマニホールドパッキン構造。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池のマニホールドパッキン構造において、前記の補強材として、燃料電池運転温度より高い耐熱温度を持つアラミド繊維を用いることを特徴とする燃料電池のマニホールドパッキン構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池のマニホールドパッキン構造において、前記の補強材により前記パッキンの表面に生じる凹凸を埋めるために、前記マニホールドと前記パッキンとの接する面にシール材を用いることを特徴とする燃料電池のマニホールドパッキン構造。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池のマニホールドパッキン構造において、前記のシール材として、液状のフッ素樹脂系ゴムまたはフッ素系塗料を用いることを特徴とする燃料電池のマニホールドパッキン構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池の電池積層体の側面に取り付けられ、この電池積層体に反応ガスを供給および排出するマニホールドをシールするのに用いるマニホールドパッキン構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電が行われる燃料電池では、燃料ガスとして爆発性のある水素を用いることから、ガス漏れ防止は最重要項目の一つである。特に、電極には反応触媒として白金等を使用しているため、燃料電池内部における燃料ガスと酸化剤ガスとの間の漏れは即爆発の危険性もある。
燃料電池の電池積層体は、直列に接続された複数個の単電池と幾つかの単電池毎に挿入された冷却板とを積層して構成されている。この単電池は、電解質のリン酸を保持するマトリクスと、このマトリクスを挟んで両側に配置された燃料電極と酸化剤電極とで構成されている。電池積層体の四方の側面にはこの複数個の単電池に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給・排気するためのマニホールドが配置されている。
【０００３】
図３は従来の燃料電池の全体構造の例を示す図で、電池積層体１の側面にパッキン３を介してマニホールド２が取り付けられている。マニホールド２は、その側面に締め付け金具を備えておき、ボルト等により隣り合うマニホールド２を締め付けて電池積層体１に取り付け、マニホールド２をパッキン３でシールして、反応ガスのガス漏れを防止している。
このシール構造の一つとして、窪みとシール材を使ったシール構造（特許文献１参照）がある。図４は従来の燃料電池構造の例として、上記の窪みとシール材を使ったマニホールドパッキン構造の拡大断面図である。この図において、パッキン３の幅はマニホールド２の幅よりも広くして、電池積層体１との接触面積を充分大きくとっている。電池積層体１は複数の単電池を積層しているため、その側面にマニホールド２を押し付けてシールするが、パッキン３のみでは電池積層体１の側面の凹凸に対応できないため、電池積層体１とパッキン３との間にペースト状のシール材５を入れている。
【０００４】
また、パッキン３とシール材５を介してマニホールド２を電池積層体に押し付けた時に、パッキン端面からシール材５が逃げないようにするために、パッキン３の電池積層体１に接する面には予めパッキン３の長手方向に沿った窪み４を設け、ペースト状または燃料電池運転温度より低い融点温度の熱可塑性樹脂のシール材５をこの窪み４に閉じ込めるようにしている。また、パッキン３のマニホールド２に接する面の断面形状を、丸みをもつ凹部（曲率半径Ｒ２）としてパッキン３の長手方向に設けると共に、この凹部に嵌め合わされるマニホールド２の端部の断面形状を、パッキン３の凹部の丸みよりも曲率半径が大きい丸みをもつ凸部（曲率半径Ｒ１）としてマニホールド２の端部の長手方向に設けて、マニホールド２の端部の凸部をパッキン３の凹部に押し付けた時に、パッキン３の電池積層体１に接する面にパッキン３の長手方向に沿って窪み４を生じさせて、ペースト状または燃料電池運転温度より低い融点温度の熱可塑性樹脂のシール材５をこの窪み４に閉じ込めるようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３２３０６１１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の窪みとシール材を使ったシール構造では、マニホールド２とパッキン３の接する面にシール性を向上させるために丸み加工がなされており、マニホールド２側の丸み（曲率半径Ｒ１）はパッキン３側の丸み（曲率半径Ｒ２）より大きい（Ｒ１＞Ｒ２）。この状態で電池積層体１にマニホールド２を押し付けると、パッキン３には図４に示したような外側に引っ張られる力が加わるため、パッキン３の機械的な強度が低いと亀裂が生じ、パッキン３がマニホールド２より脱落し、電池積層体１とのシールが保持できなくなることがある。さらにパッキン３の脱落は、反応ガスのリークによる燃料電池の特性低下や可燃性ガスのリークの事故に発展する恐れがあるという問題点も含んでいる。
【０００７】
この発明は、上記の問題点を解決する目的でなされたものであり、パッキンの機械的特性および信頼性が高く、シール性能の優れた燃料電池のマニホールドパッキン構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明では、複数の単電池を積層して成る電池積層体１の側面に設けた反応ガスを供給および排出するマニホールド２を、パッキン３を介してシールする構造として、前記パッキン３の前記電池積層体１の側面と接する面に窪み４を設けて、ペースト状または運転温度より低い融点温度を持つ熱可塑性樹脂からなるシール材５を閉じ込め、前記パッキン３の前記マニホールド２の端部と接する面の断面形状を、丸みをもつ凹部（曲率半径Ｒ２）として前記パッキン３の長手方向に設けると共に、この凹部に嵌め合わされる前記マニホールド２の端部の断面形状を、前記パッキン３の凹部の丸みよりも曲率半径が大きい丸みをもつ凸部（曲率半径Ｒ１）として前記マニホールド２の端部の長手方向に設けた燃料電池のマニホールドパッキン構造において、前記パッキン３の成型時に、補強材６を前記マニホールド２に接する面に沿って前記パッキン３の内部に挿入して成型することとする（請求項１）。また、具体的な補強材６の例としては、燃料電池運転温度より高い耐熱温度を持つアラミド繊維を用いることとする（請求項２）。
【０００９】
また、上記の燃料電池のマニホールドパッキン構造において、前記の補強材６により前記パッキンの表面に生じる凹凸を埋めるために、前記マニホールド２と前記パッキン３との接する面にシール材７を用いることとする（請求項３）。具体的なシール材７の例としては、液状のフッ素樹脂系ゴムまたはフッ素系塗料を用いることとする（請求項４）。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を２つの実施例について、図に基づき説明する。
〔実施例１〕
図１は本発明の請求項１、２の実施例のマニホールドパッキン構造を示す図で、図４と同じ部位は同じ符号を付けてある。この図において、図４との差は、パッキン加硫成型時にアラミド繊維等の補強材６を追加したことである。この補強材入りパッキン３を使用すれば、電池積層体１にマニホールド２を押し付けて、パッキン３に外側に引っ張られる力が加わっても、パッキン３の機械的な強度が高いために、亀裂の発生を防止できる。
〔実施例２〕
図２は本発明の請求項３、４の実施例のマニホールドパッキン構造を示す図で、ある。この図において、図４との差は、パッキン加硫成型時にアラミド繊維等の補強材６を追加したこと、および、マニホールド２と補強材６との間に液状のフッ素樹脂（例えばポリテトラフルオロエチレン）系ゴムまたはフッ素系塗料を用いたシール材７を追加して、アラミド繊維等補強材６により生じる凹凸を埋めて、シール性能を確保したことである。このシール材７の使用により、補強材６によって生じるパッキン３の硬さによるガス漏れを補完することができ、マニホールド２とパッキン３との接する面のシール性能が向上できる。
【００１１】
【発明の効果】
本発明では、燃料電池のマニホールドパッキン構造を、パッキン３の電池積層体１の側面と接する面に窪み４を設けてシール材５を閉じ込め、パッキン３のマニホールド２の端部と接する面の凹部丸みに比べてマニホールド２の端部の凸部丸みを大きくして、パッキン３の成型時に、アラミド繊維等の補強材６をマニホールド２に接する面に沿ってパッキン３の内部に挿入して成型し、また、マニホールド２とパッキン３の接する面に液状のフッ素樹脂系ゴムまたはフッ素系塗料のシール材７を用いている。上記の構造により、パッキン３に加わる外側への引張り力に充分耐える機械的な強度が得られるため、パッキン３  の割れを防止でき、またパッキン３  の両側部品との接触面へのシール材の適用により、従来構造に比べて、寿命の高い安定したシール性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１、２の実施例のマニホールドパッキン構造を示す図
【図２】本発明の請求項３、４の実施例のマニホールドパッキン構造を示す図
【図３】従来の燃料電池の全体構造の例を示す図
【図４】従来の燃料電池構造の例でのマニホールドパッキン構造の拡大断面図
【符号の説明】
１：    電池積層体
２：    マニホールド
３：    パッキン
４：    窪み
５：    シール材（熱可塑性樹脂など）
６：    補強材
７：    シール材（液状のフッ素樹脂系ゴムなど）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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