(57)【要約】【課題】シール性、装着取り扱い性に優れるとともに、単位セルの厚み精度を向上させ得るガスケットを提供する。【解決手段】  燃料電池用セパレータのガスケット溝に嵌め込まれて、燃料電池に供給または生成する媒体を封止する燃料電池用ガスケットであって、該ガスケットは、上記ガスケット溝の両側面に接触し、嵌め込み時に該ガスケット溝から突出しない高さのガスケット脱落防止用のリブが形成されてなる。また、該ガスケットは略矩形断面を有するとともに、セパレータ間の締め付け力に抗して燃料電池の単位セルを所定の厚みに維持できるスペーサを設けてなる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用セパレータのガスケット溝に嵌め込まれて、燃料電池に供給または生成する媒体を封止する燃料電池用ガスケットであって、
該ガスケットは、前記ガスケット溝の両側面に接触し、嵌め込み時に該ガスケット溝から突出しない高さのガスケット脱落防止用のリブが形成されてなることを特徴とする燃料電池用ガスケット。
【請求項２】
前記ガスケットは略矩形断面を有するとともに、前記セパレータ間の締め付け力に抗して燃料電池の単位セルを所定の厚みに維持できるスペーサを設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用ガスケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のセパレータなどに装着される燃料電池用ガスケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、使用する電解質の種類により、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、固体高分子型に分類される。この中で特に固体高分子型燃料電池が約 80 ℃程度の低温で作動し比較的大電流を放電でき、かつ小型軽量化が可能なことから家庭用や電気自動車などの電源として注目されている。
固体高分子型燃料電池は、高分子膜の両側にアノードおよびカソードを配した膜／電極接合体（ＭＥＡ）と、この接合体の両外側に複数枚のガス拡散層（ＧＤＬ）とを備えた電極構造体を有し、この両外側に燃料となる水素を供給するアノード側流路基板および酸素を供給するカソード側流路基板を配して単位セルを構成している。これら単位セル同士がセパレータ（バイポーラプレート）を介して積層されている。あるいは、セパレータが流路基板を兼用して積層されている。セパレータは平板状で、その両面にガス流路となる溝が形成されている。通常、単位セルで発生する電圧は 0.7 V 程度であるため、複数の単位セルを直列に積層して所望の電圧を得ている。
【０００３】
燃料電池の燃料ガスとして用いられる水素は、無色の可燃性ガスであり、分子量が小さいため、わずかな隙間からでも漏れやすく、小さな火花でも着火するおそれがある。よって、セル間では優れたガスバリア性が要求されるため、弾性材からなるガスケットを装着している。
【０００４】
従来の燃料電池におけるガスシール部の断面構造を、図４を参照して説明する。図４は断面円形のＯリング状のガスケットを用いた単位セルの構造を説明するための断面図を示す。
燃料電池の単位セルは、膜／電極接合体７と、この接合体の外側に配置したガス拡散層８とからなる電極構造体９を、セパレータ１０ａおよび１０ｂで挟持している。セパレータ１０ａおよび１０ｂに設けられたＯリング状ガスケット１１ａおよび１１ｂは、両セパレータにかかる所定の締め付け力によって相互に付き合わされてガスシールを行なっている。また、締め付け前のＯリング状ガスケットは、圧縮による歪み、熱膨張などを考慮し、その容積率がガスケット溝１２の約７０〜８０％である。
このようにＯリング状ガスケットでは、その容積率が溝容量の約７０〜８０％であることから、セパレータの組み立て時にガスケット溝から容易にはずれてしまい、装着性が非常に悪いという問題がある。
【０００５】
セパレータの組み立て性の容易化のため、予め別体で成形したシールゴムをカーボン製セパレータのシール必要箇所に設けた溝部に後付けで接着した燃料電池のシール構造（特許文献１参照）、セパレータ本体のシールゴム成形部位に表面粗さ、ディンプル状の凹凸またはライン状の凹凸を設け、この表面粗さ、ディンプル状の凹凸またはライン状の凹凸を設けたシールゴム成形部位にシールゴムを接着剤なしで一体成形した燃料電池のシール構造（特許文献２参照）が提案されている。
しかし、特許文献１のシール構造は接着剤がはみ出さないように精密に塗布する必要があり製造工程が複雑になる。また、特許文献２のシール構造は、セパレータ本体にシールゴムを成形する際の取り扱い性が容易でなく、特に脆弱なカーボン製セパレータでは不良率が高くなる。
【０００６】
一方、燃料電池は、単位セルを数１０〜数１００個重ねて使用するため、各単位セルの厚みのばらつきを抑えることが困難であるという問題がある。例えば、単位セルの厚みのばらつきが約５０μｍであれば、発電量は電圧換算で約２０％低下する。
【特許文献１】特開２００２−３３１０９号公報（段落「０００６」）
【特許文献２】特開２００２−１３４１２９号公報（段落「０００６」〜「０００９」）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、シール性、装着取り扱い性に優れるとともに、単位セルの厚み精度を向上させ得るガスケットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る燃料電池用ガスケットは、燃料電池用セパレータのガスケット溝に嵌め込まれて、燃料電池に供給または生成する媒体を封止する燃料電池用ガスケットであって、該ガスケットは、上記ガスケット溝の両側面に接触し、嵌め込み時に該ガスケット溝から突出しない高さのガスケット脱落防止用のリブが形成されてなることを特徴とする。
【０００９】
リブが両側面で挟持されることにより、ガスケット溝の中で張力が得られ、セパレータ組み付け時におけるガスケットの落下を防止できる。
またリブを、ガスケット嵌め込み時に弾性変形した状態でもガスケット溝から突出しない高さとすることにより、ガスケットの噛み込みを防止できる。
【００１０】
上記ガスケットは略矩形断面を有するとともに、上記セパレータ間の締め付け力に抗して燃料電池の単位セルを所定の厚みに維持できるスペーサを設けたことを特徴とする。
【００１１】
略矩形断面を有することにより、ガスケットの高さ方向の寸法精度に優れ、シール性が向上する。
また、スペーサを設けて単位セルを所定の厚みに維持することにより、単位セルの厚さのばらつきを抑制できる。この結果、単位セル間での起電力差がなくなり、燃料電池全体として所望の電圧を得ることが容易となる。ここでスペーサが維持する単位セルの所定の厚みとは、電極構造体を備えた単位セルが、単位セルあたりの所望の電圧を発生させると想定される厚みをいう。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る燃料電池用ガスケットは、燃料電池用セパレータのガスケット溝に嵌め込まれて、燃料電池に供給または生成する媒体を封止する燃料電池用ガスケットであって、該ガスケットは、上記ガスケット溝の両側面に接触し、嵌め込み時に該ガスケット溝から突出しない高さのガスケット脱落防止用のリブが形成されているので、セパレータ組み付け時におけるガスケットの落下を防止できる。また、さらにリブを溝底面にも接触する箇所に設けた場合、溝底面にガスケットをフラットに嵌め込むことができ、装着時の捩れを防止できる。
【００１３】
上記ガスケットは略矩形断面であるので、ガスケットの高さ方向の寸法精度に優れ、シール性が向上する。また、セパレータ間の締め付け力に抗して燃料電池の単位セルを所定の厚みに維持できるスペーサを設けたので、単位セル厚みのばらつきを抑制でき、燃料電池全体として所望の電圧を得ることが容易となる。また、スペーサがガスケットと一体に成形されているので、ガスケット装着時の捩れを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の一実施例に係る燃料電池用ガスケットを組み込む燃料電池の単位セルを図１を参照して説明する。図１（ａ）は、固体高分子型燃料電池の単位セル構造を説明するための断面図を、図１（ｂ）は、図１（ａ）における一方のセパレータの平面図をそれぞれ示す。
燃料電池の単位セルは、高分子膜１ａの両側にアノード１ｂおよびカソード１ｃを配した膜／電極接合体１と、接合体１の両外側に複数枚のガス拡散層２とを備えた電極構造体３を有し、この電極構造体３を、燃料となる水素を供給するアノード側流路（図示省略）を形成したセパレータ４ａと、酸素を供給するカソード側流路（図示省略）を形成したセパレータ４ｂとで所定の締め付け力により挟持している。この単位セルを複数積層することで燃料電池が形成されている。
図１（ｂ）に示すように、ガスケット６（６ａまたは６ｂ）が、セパレータ４（４ａまたは４ｂ）の内側面に形成されたガスケット溝５（５ａまたは５ｂ）にそれぞれ嵌め込まれている。ガスケット６は、その断面形状が略矩形であり、側面にスペーサ６ｃ、リブ６ｄとが形成されている。ガスケット６の断面形状を略矩形とすることにより、ガスケットの高さ方向の寸法精度に優れ、シール性が向上する。
【００１５】
ガスケット６のスペーサ６ｃを図１（ｂ）および図２を参照して説明する。図２は、図１（ｂ）におけるＡ−Ａ拡大断面図を示す。
スペーサ６ｃは、略矩形のガスケット６の側面に形成される。設ける個数および箇所は、少なくともセパレータ４ａおよび４ｂを平行に保持できる個数および箇所とする。例えば、図１（ｂ）に示すように長方板状セパレータの周縁部にガスケットを設ける場合、ガスケットの４辺にそれぞれ１箇所づつ、計４箇所に一定間隔で設ける。あるいは、ガスケットの全周に設けても良い。
スペーサの形状は、セパレータ４ａと４ｂとの間隔を一定に保持できる形状であれば特に限定されるものではないが、セパレータ間に掛かる締め付け力に対して、安定して厚さを維持できることから板状とすることが好ましい。さらに、板状とすることで、組み立て時においてガスケット６が捩れた状態で嵌め込まれることを防止できる。
スペーサの厚さは、図２に示すように両ガスケットにスペーサ６ｃを設けた場合では、２個で電極構造体３が所定厚さとなる厚さとする。一方のガスケットにのみスペーサを設ける場合では、１個で電極構造体３が所定厚さとなる厚さとする。なお、両ガスケットにスペーサを設ける場合では、両ガスケットでスペーサが重なり合うようにスペーサの位置を設定する。
スペーサの形状、厚さの決定は、該スペーサの圧縮特性を考慮して行なう。セパレータ間に掛かる締め付け力によって弾性変形した後の厚みが、上記厚さとなるようにする。または、スペーサを板状とし、接触面積および厚みをセパレータ間に掛かる締め付け力に対して圧縮特性を無視できる大きさ、厚さとすることにより設計が容易となる。具体的には、０．２〜０．３ｍｍの厚さに設定する。
【００１６】
ガスケット６のリブ６ｄを図１（ｂ）および図３を参照して説明する。図３（ａ）は、図１（ｂ）におけるＢ−Ｂ拡大断面図を、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＣ部拡大図をそれぞれ示す。
リブ６ｄは、スペーサ６ｃと同様に略矩形のガスケット６の側面に形成される。リブ６ｄを設ける個数は、セパレータの組み付け時においてガスケット６の落下を防止できる個数であればよい。リブ６ｄは、ガスケット６の両側面に設けられ、ガスケット溝５の側面５ｃおよび底面５ｄに接触している。リブ６ｄを溝底面５ｄにも接触する箇所に設けることにより、溝底面５ｄにガスケットをフラットに嵌め込むことができ、装着時の捩れを防止できる。また、リブ６ｄのガスケット溝側面５ｃとの接触形状は、Ｒ形状、角型形状など任意の形状とすることができる。
リブ６ｄの幅ｗ1は、溝への嵌め込み前のガスケット６と合わせた幅Ｗが、ガスケット溝幅ｗ2よりも若干大きくなるようにする。該形状とすることで、嵌め込み時にリブ６ｄが両側面で挟持され、ガスケット溝の中で得られる張力によりガスケットが固定される。また、リブ６ｄの高さｈ1は、ガスケット溝深さｈ2よりも小さく、該弾性変形時においても、ガスケット溝より突出しない高さとする。
【００１７】
ガスケットの材料は、高いガスバリア性、低透湿性、耐酸性、耐熱性、電気絶縁性などが要求されることから、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、ブタジエンゴムなどのゴム材料を用いることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明の燃料電池用ガスケットは、シール性、装着取り扱い性に優れるとともに、単位セルの厚み精度に優れるので、燃料電池、特に固体高分子型燃料電池のガスシール材として好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の燃料電池用ガスケットを組み込む固体高分子型燃料電池の単位セル構造を説明するための断面図である。
【図２】図１（ｂ）におけるＡ−Ａ拡大断面図である。
【図３】図１（ｂ）におけるＢ−Ｂ拡大断面図である。
【図４】従来の燃料電池用ガスケットを示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  膜／電極接合体
２  ガス拡散層
３  電極構造体
４  セパレータ
５  ガスケット溝
６  ガスケット
【図１】
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【図２】
2005174862.tif 000004
【図３】
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【図４】
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