(57)【要約】【課題】燃料電池用シール部材において、扱いが容易で、位置ズレなどの組付け不安定性の心配がないものである。【解決手段】固体高分子膜の両面に触媒層を含む一対の膜固定電極をそれぞれ配置してなる単位電池１６とともに、セパレータ２に挟持される燃料電池用シール部材１１であって、上記セパレータ周縁部に係止される係止部１３を有し、少なくとも一方のセパレータ２に一体に組み付けられた後、上記単位電池１６とともに挟持されることを特徴とする。また、上記係止部１３が全周に設けられていることを特徴とするものである。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子膜の両面に触媒層を含む一対の膜固定電極をそれぞれ配置してなる単位電池とともに、セパレータに挟持される燃料電池用シール部材であって、
上記セパレータの周縁部に係止される係止部を有し、少なくとも一方のセパレータに一体に組み付けられた後、上記単位電池とともに挟持されることを特徴とする燃料電池用シール部材。
【請求項２】
上記係止部が全周に設けられていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用シール部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、別体として成形し、燃料電池のセパレータに組み付けて用いる燃料電池用シール部材であって、特に固体高分子電解質型の燃料電池用シール部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子型燃料電池は、平板状の単位電池の両側にセパレータが積層された積層体で単位ユニットとされ、複数の単位ユニットが積層されて燃料電池スタックとして構成される。
例えば、図３は、燃料電池スタックを示す概略構成図であり、１は、燃料電池スタックであり、説明のため一部分割図示されたものである。２、２ａ、２ｂ、２ｃは、セパレータであり、３ａ，３ｂは、単位ユニットである。この例においては、セパレータ２ａとセパレータ２ｂの間に図示せぬ単位電池を挟持して、単位ユニット３ａを構成し、隣り合う単位ユニット３ｂとセパレータ２ｂを共通使用しているため、実際には、セパレータと単位電池とで交互に積層された構成となっている。
４は、燃料電池スタック１のエンドプレートであり、このエンドプレート４と、他方の積層端部に対向配置されたもう一方の図示せぬエンドプレートと、セパレータに設けられたボルト挿通穴５に挿通される図示せぬ挿通ボルトによって上記エンドプレート間に配置された複数の単位ユニットに適当な加圧力を付加させている。
【０００３】
上記単位電池は、固体高分子などからなるイオン交換膜と、このイオン交換膜の両側に固定される膜固定電極とから構成される。
上記セパレータには、上記単位電池の膜固定電極に相対する面について、燃料ガスである水素ガス、酸素や空気などの酸化剤ガスおよび冷媒がそれぞれ独立して流通する多数の溝状ガス通路が設けられるとともに、上記単位電池の膜固定電極に相対する面の周辺部には、上記溝状ガス通路に接続され、積層方向に貫通するガス通路孔６が設けられている。このガス通路孔６は、単位ユニットを積層して燃料電池スタックとして構成されたときに、燃料電池スタックの外部に設けた燃料タンクなどから上記ガス、冷媒などを供給、又は外部へ排出する積層方向に連通するガスの通路となる。
セパレータは、電子伝達機能を有する材料からなり、一般に多孔質カーボン材やグラファイト、導電性フェノール、マグネシウム合金などから成形されている。
【０００４】
上記のような燃料電池においては、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒を、それぞれ独立した溝状ガス通路、ガス通路孔に流通させる必要があることから、これらガスの通路などを燃料電池用シール部材によって隔絶している。シールする部位としては、燃料電池スタックの構造により多少異なるが、例えば、燃料電池スタックを貫通するガスの通路となるガス通路孔の周囲、膜固定電極の周縁あるいは側面部、セパレータの表面に設けられるガスや冷媒の通路の周囲などが挙げられる。
上記燃料電池用シール部材は、単位ユニットへの組付け性や積層時の取り扱いの容易さから上記セパレータに一体として設けられることが好ましい。
【０００５】
従来のシール技術としては、液状ゴムや熱可塑性エラストマなどを金型などによってセパレータ表面に一体に成形してシール部を設け、組立てによるズレなどの不安定性を排除せんとしたものとして、例えば、特開２００２−１３４１２９号公報に記載されたものがある。
また、別体として形成した加硫ゴム製のシール部材を、セパレータ表面に設けた凹部にはめ込み、一体化することによって、積層時のズレを排除せんとしたものとして、例えば特開２０００−２９４２５４号公報に記載されたものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シール部をセパレータに直接成形するものにおいては、セパレータに用いられる材質が、多孔質カーボンやグラファイトなどの比較的脆い材質であるうえ、シール部を成形するセパレータには、予め燃料ガスおよび酸化剤ガスを通す複雑な流路を切削加工されているため、さらに脆くなり易く、また、変形しやすいものであり、シール部の成形に際して高い型圧が加わる金型成形法が適用しづらいものであった。また、破壊や変形を避けるため、型圧を低くして成形する場合には、型締めが不十分になり易く、位置ズレやバリなどの不良が生じやすいものであった。
また、セパレータに一体に成形してしまうため、不良品について、回収、再使用が難しいものであった。
【０００７】
また、シール部材をゴムなどで別体として成形し、上記セパレータに接着固定したものは、使用できる接着剤が限られるうえ、柔軟なシール部材を精度良く位置決めして貼り付けることが難しく、また、回収、再使用が難しいものであった。
また、シール部材をゴムなどで別体として成形し、上記セパレータに設けた凹部に係止固定して一体としたものは、シール部材の製造に際して、薄い膜部に比較的ボリュームの大きい係止部を形成する必要があり、金型成形する場合には、薄膜部とボリュームを有する係止部とのバランスが難しく、係止部を形成する部位を慎重に選ばないと薄膜部に厚みムラを生じ易く、成形が難しいものであった。
燃料電池においては、積層して構成されるため、シール部の厚みムラが累積されやすいので、シール部の接触圧に影響し、ガスの漏出が懸念されるものであった。
さらに、加圧状態で保持されるため、薄膜部と係止部、係止部を係合する凹部のエッジに応力が集中し易く、切れが生じることがあるなどの問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、燃料電池用シール部材を別体として成形し、組付ける構成としながらも、容易に組付けが可能で、しかも、安定した面圧を維持し、切れが生じづらい燃料電池用シール部材を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、固体高分子膜の両面に触媒層を含む一対の膜固定電極をそれぞれ配置してなる単位電池とともに、セパレータに挟持される燃料電池用シール部材であって、上記セパレータの周縁部に係止される係止部を有し、少なくとも一方のセパレータに一体に組み付けられた後、上記単位電池とともに挟持されることとしたものである。
本発明においては、燃料電池用シール部材の周辺部に係止部を設け、セパレータの周縁部に係止することとしたので、係止に関しては、セパレータの周縁に引っかけるだけで良いので、係止用の凹部などを探して係止部に嵌め込むのに比べて、容易にセパレータに組み付けることができる。
また、セパレータに係止用の凹部などを設ける必要がないので、セパレータの強度を落とす必要もなく、余分な加工も必要がない。
さらに、積層時の加圧範囲に係止部が存在しないので、積層時にも係止部と薄膜部の境界部位に応力が集中しないため、ボリュームの大きな係合部と薄膜部のネックを起点とした切れが生じづらい。
【００１０】
さらに、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明に加えて、上記係止部が全周に設けられていることとしたものである。
本発明においては、セパレータへの係止部を全周にわたって設けたので、シールが必要な箇所に対して高い精度で位置決めすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る燃料電池用シール部材の実施例および燃料電池用シール部材を取付けるセパレータの構成を示す図であり、図２は、本発明に係る燃料電池用シール部材の実施例を取付けた単位ユニットの構成を示す図である。
なお、符号については、簡単のため、同一の機能を奏するものは、同じ符号を用いて説明するものとする。
【００１２】
図において、１１は、本発明に係る燃料電池用シール部材であり、この燃料電池用シール部材１１は、セパレータ２の表面を覆う薄膜部１２と、セパレータ２の周縁部に対して係止可能な係止部１３とからなり、この係止部１３は、セパレータ２の周縁部全周を被覆するよう薄膜部１２の全周に設けられている。
【００１３】
さらに、上記薄膜部１２は、セパレータ２に設けられたボルト挿通孔５、ガス通路孔６に対応して設けられた、ボルト挿通孔用開口部１４、ガス通路孔用開口部１５および単位電池１６を挿入する単位電池用開口部１７を有し、このボルト挿通孔用開口部１４、ガス通路孔用開口部１５および単位電池用開口部１７の薄膜部１２上の周辺部には、シール用の線状凸部１８が設けられている。
上記線状凸部１８は、燃料電池用シール部材１１がセパレータ２、単位電池１６などとともに積層されて、加圧されたときに押しつぶされ、上記ガス通路孔６、ボルト挿通孔７、単位電池１６を個別にシールして、例えば、ガス通路孔６から単位電池１６へガスなどが漏れ出ることを防止する。
【００１４】
１９は、セパレータ２に設けられた、単位電池１６の図示せぬ膜固定電極に対応して形成された溝状ガス通路であり、この溝状ガス通路１９はガス通路孔６に連結されている。なお、図においてはその詳細形状を省略している。
本実施例においては、上記溝状ガス通路１９は、セパレータ２の両面に形成され、隣接する単位ユニットとセパレータ２を共通使用する構成としているので、燃料電池用シール１１を係止部１３によって、セパレータ２の一方の面にのみを一体に設け、すなわち、セパレータ２−燃料電池用シール１１および単位電池１６−セパレータの順番で積層するものとしている。
【００１５】
なお、上記においては、単位電池用開口部１７の内形を単位電池１６の外形をほぼ同じ大きさとし、積層持の圧縮によって薄膜部１２が内部方向へ変形し、単位電池１６の外周と気密に接することによってシールし、かつ上記線状凸部１８により外部への漏出をシールしているが、単位電池１６の外形より単位電池用開口部１７の開口部を若干小さく作成して、単位電池１６の膜固定電極面でシールする形式としてもよい。
また、上記においては、セパレータの片面に燃料電池用シール部材を一体に設けたが、必要に応じて両面に設けてもよいことはもちろんである。
【００１６】
本発明に係る燃料電池用シール部材１１においては、係止部１３をセパレータ２の周縁部に対して若干小さく作成することによって、ゴムなどの弾性体からなる燃料電池用シール部材１１が有する弾性によって、係止力を得ることができるため、接着剤などを使用せずにセパレータ２と容易に一体とすることができ、組立て工程における取り扱いが容易である。
また、上記係止部１３がセパレータ２の全周周縁部に係止することによって、セパレータ２の外周方向に働く弾性力によって係止できるので、ガス通路孔用開口部などの存在により部分的な応力集中によって歪みやすい薄膜部１２自体には、強いテンションをかける必要がないので、上記ガス通路孔用開口部などの位置ズレが生じづらい。
また、セパレータの全周周縁部をシール部材によって覆うことになるので、脆いセパレータの角部を保護することができるうえ、電気的にも保護することができ、取付けに際しカバーなどの電気的保護機構を省略することができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明にかかる燃料電池用シール部材によれば、燃料電池用シール部材の周縁部にセパレータの周縁に対して係止可能な係止部を設けたので、接着剤などを使用することなく、かつ容易にセパレータに一体化でき、組立て工程においての扱いを容易にすることができる。
また、燃料電池用シール部材の全周に関して係止部を設けた場合には、上記に加え、セパレータの周方向に係止力をかけることができるので、薄膜部に過剰なテンションをかけることなく、より強く係止できると共に、ガス通路孔、ボルト挿通孔、単位電池に関してのシール部の位置決めをより確実にすることが容易となり、ガス漏れをより確実に防止することができる。
さらに、係止部が周縁部に設けられているので、成形時の厚みムラの少ないものとすることができることに加えて、積層組立て時には、加圧範囲内に係止部が存在しないため、変形時の変形ムラが生じづらいので、係止部を起点とする切れが生じづらいので、薄いシール部材を形成することができる。
また、セパレータの周縁端部を被覆するので、セパレータの破損を防止できると共に、電気的にも絶縁することができるので、電気的保護措置を省略することができるなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】
燃料電池用シール部材の実施例および取付けるセパレータの構成を示す図であ
る。
【図２】
本発明に係る燃料電池用シール部材の実施例を取付けた単位ユニットの構成を
示す図である。
【図３】
燃料電池スタックを示す概略構成図である。
【符号の説明】
１・・・燃料電池スタック
２、２ａ、２ｂ、２ｃ・・・セパレータ
３ａ、３ｂ・・・単位ユニット
４・・・エンドプレート
５・・・ボルト挿通穴
６・・・ガス通路孔
１１・・・燃料電池用シール部材
１２・・・薄膜部
１３・・・係止部
１４・・・ボルト挿通孔用開口部
１５・・・ガス通路孔用開口部
１６・・・単位電池
１７・・・単位電池用開口部
１８・・・線状凸部
１９・・・溝状ガス通路
【図１】
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【図２】
2004022531.tif 000004
【図３】
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