(57)【要約】【課題】燃料ガスの漏れのない確実なシール性を発揮する燃料電池セパレータのシール構造を提供する。【解決手段】セパレータ１，２の流路溝１４，１５，２２，２３上に橋渡しされると共に入口マニホールド１２，２０及び出口マニホールド１３，２１を囲んだガスケット６，７，８，９に対し、セパレータ１，２の孔１６，１７，２４，２５を囲んだシールゴム４，５の第２シール部４ｂ，４ｃ，５ｂ，５ｃが電解質膜３を挟んで対峙し、ガスケット６，７，８，９と第２シール部４ｂ，４ｃ，５ｂ，５ｃとがお互いに全周的に圧縮し合う。よって、シールゴム４，５やガスケット６，７，８，９が電解質膜３に必ず密接し、よりよいシール性を発揮できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極部と該電極部へ流す燃料ガスを流通させるマニホールド部と前記電極部から前記マニホールド部までの間で燃料ガスを流す流路溝と対向したセパレータのマニホールド部に対峙する孔部とを有し、互いに向い合わせに配置される２つのセパレータと、
前記電極部、流路溝及びマニホールド部を囲む領域をシールする第１シール部と前記孔部を単独でシールする第２シール部とを有し、前記セパレータに一体的に設けられるシール体と、
前記電極部、マニホールド部及び孔部を含む大きさでかつ前記マニホールド部及び孔部の位置に貫通孔が空いた形状の前記２つのセパレータに挟み込まれる電解質膜と、
前記セパレータの前記マニホールド部を囲み、燃料ガスを疎通可能に前記流路溝上をまたがるガスケットと、
を備えたことを特徴とする燃料電池セパレータのシール構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池セパレータに用いられ、燃料ガスの漏れを防止する燃料電池セパレータのシール構造に関するもので、特にセパレータにシール体を一体化した場合に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
製造工程数の削減やコストダウンといった観点から、燃料ガスの漏れを防止するシールゴムをセパレータに予め一体化し、図５に示すように２つのセパレータ１０１，１０２で電解質膜１０３を挟み込んで燃料電池のセルを構成することが考えられている。
【０００３】
図６は、１つのセルを構成する２つのセパレータ１０１，１０２及び電解質膜１０３を示したもので、セパレータ１０１，１０２は２つともシールゴム１０４，１０５が一体化して設けられた電解質膜１０３との対面側を図示している。
【０００４】
図６では、極１０６、流路溝１０７，１０８及びマニホールド１０９，１１０を囲む領域をシールすると共に孔１１１，１１２を単独でシールする連続したシールゴム１０４がセパレータ１０１に一体化されている。また、極１１３、流路溝１１４，１１５及びマニホールド１１６，１１７を囲む領域をシールすると共に孔１１８，１１９を単独でシールする連続したシールゴム１０５がセパレータ１０２に一体化されている。
【０００５】
これらのシールゴム１０４，１０５がそれぞれ一体化した２つのセパレータ１０１，１０２に対し、図示の極１０６，１１３よりも一回り大きい電解質膜１０３を間に挟み込み、セパレータ１０１，１０２のシールゴム１０４，１０５を一体化した面同士を互いに向い合わせて配置して、燃料電池のセルを構成していた。
【０００６】
ここで、図７の図６Ｂ−Ｂ部においてセパレータ１０１，１０２で電解質膜１０３を挟み込んだ断面図に示すように、極１０６とマニホールド１０９とをつなぐ流路溝１０７部分については、シールゴム１０４がないため、流路溝１０７上にスペーサ１２０を橋渡しに配置して、スペーサ１２０によってシールゴム１０５を圧縮できるようにし、スペーサ１２０及びシールゴム１０５が電解質膜１０３に密接することによってシールするようにしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スペーサ１２０は、シールゴム１０４と連続して配置できず、スペーサ１２０とシールゴム１０４との間には若干の隙間Ｓが生じてしまう。この隙間Ｓがあると、図８に示すように、隙間Ｓに電解質膜１０３が入り込み、シールゴム１０５と電解質膜１０３とが離間してしまうことからシールが成立せず、燃料ガスの漏れが生じていた。
【０００８】
本発明は上記従来技術に鑑みてなされたもので、その目的は、燃料ガスの漏れのない確実なシール性を発揮する燃料電池セパレータのシール構造を提供することにある。
【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本発明にあっては、
電極部と該電極部へ流す燃料ガスを流通させるマニホールド部と前記電極部から前記マニホールド部までの間で燃料ガスを流す流路溝と対向するセパレータのマニホールド部に対峙する孔部とを有し、互いに向い合わせに配置される２つのセパレータと、
前記電極部、流路溝及びマニホールド部を囲む領域をシールする第１シール部と前記孔部を単独でシールする第２シール部とを有し、前記セパレータに一体的に設けられるシール体と、
前記電極部、マニホールド部及び孔部を含む大きさでかつ前記マニホールド部及び孔部の位置に貫通孔が空いた形状の前記２つのセパレータに挟み込まれる電解質膜と、
前記セパレータの前記マニホールド部を囲み、燃料ガスを疎通可能に前記流路溝上をまたがるガスケットと、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
したがって、一方のセパレータのマニホールド部を囲むガスケットと、他方のセパレータのシール体のうち孔部を単独でシールする第２シール部と、が向い合って、マニホールド部及び孔部の全周で圧縮し合い、ガスケット及びシール体の第２シール部が電解質膜に密接し、安定したシール性を発揮し、燃料ガスの漏れが生じることを防止する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
【００１２】
図１〜図５を参照して、実施形態に係る燃料電池セパレータのシール構造について説明する。図１は実施形態に係る燃料電池セパレータの１つのセルに用いられる各部材を示す図である。図２は実施形態に係る片側の燃料電池セパレータを示す図である。図３は実施形態に係る燃料電池セパレータのシール構造のガスケットを示す図である。図４は実施形態に係る燃料電池セパレータのシール構造のシール状態を示す断面図である。
【００１３】
本実施形態の燃料電池セパレータのシール構造は、図５に示す従来技術と同様に２つのセパレータによって電解質膜を挟み込んで燃料電池のセルを構成する場合に用いられる。
【００１４】
本実施形態の燃料電池セパレータのシール構造は、２枚のセパレータ１，２と、セパレータ１，２に挟み込まれる電解質膜３と、セパレータ１，２のそれぞれに一体的に設けられたシールゴム４，５（シール体）に対して電解質膜３を介して圧縮し合うガスケット６，７，８，９と、から構成される。
【００１５】
２枚のセパレータ１，２のうち、一方は水素ガス（第１燃料ガス）を燃料極１０（電極部）に流通させるセパレータ１であり、他方は酸素ガス（第２燃料ガス）を空気極１１（電極部）に流通させるセパレータ２である。
【００１６】
セパレータ１は、概略正方形の板状部材であり、中心に正方形の極１０（電極部）が配置してあり、極１０へ水素ガスを流通させるための長孔形状の入口マニホールド１２（マニホールド部）及び出口マニホールド１３（マニホールド部）が極１０を挟んで設けられている。
【００１７】
極１０と入口マニホールド１２の間及び極１０と出口マニホールド１３の間には、水素ガスを流すためにセパレータ１に複数並列して彫られた流路溝１４，１５がそれぞれ形成してある。
【００１８】
また、セパレータ１には、セパレータ１，２同士を対向配置した時に、対向するもう一方のセパレータ２の入口マニホールド２０及び出口マニホールド２１に対峙して、酸素ガスを通過させるための孔１６，１７（孔部）が形成してある。孔１６，１７は入口マニホールド２０及び出口マニホールド２１と同形状である。
【００１９】
さらに、セパレータ１の一つの対角線上の２つの角部には、冷却水を通過させるための冷却水用孔１８，１９がそれぞれ形成してある。
【００２０】
また、セパレータ２も、セパレータ１と等しい概略正方形の板状部材であり、中心に正方形の極１１（電極部）が配置してあり、極１１へ酸素ガスを流通させるための長孔形状の入口マニホールド２０（マニホールド部）及び出口マニホールド２１（マニホールド部）が極１１を挟んで設けられている。
【００２１】
極１１と入口マニホールド２０の間及び極１１と出口マニホールド２１の間には、酸素ガスを流すためにセパレータ２に複数並列して彫られた流路溝２２，２３がそれぞれ形成してある。
【００２２】
また、セパレータ２には、セパレータ１，２同士を対向配置した時に、対向するもう一方のセパレータ１の入口マニホールド１２及び出口マニホールド１３に対峙して、水素ガスを通過させるための孔２４，２５（孔部）が形成してある。孔２４，２５は入口マニホールド１２及び出口マニホールド１３と同形状である。
【００２３】
さらに、セパレータ２の一つの対角線上の２つの角部には、冷却水を通過させるための冷却水用孔２６，２７がそれぞれ形成してある。
【００２４】
そして、セパレータ１，２には、各流通ガスをシールするためのシールゴム４，５が一体的にそれぞれ設けられている。シールゴム４，５の一体化は、インジェクション成形、コンプレッション成形、トランスファー成形、スクリーン印刷、ディスペンサー方式等が用いられる。
【００２５】
シールゴム４は、極１０、流路溝１４，１５、入口マニホールド１２及び出口マニホールド１３を囲む領域をシールする第１シール部４ａと、孔１６，１７を単独でシールする第２シール部４ｂ，４ｃと、冷却水用孔１８，１９を単独でシールする第３シール部４ｄ，４ｅと、からなる。第１シール部４ａは、第２シール部４ｂ，４ｃの周りも隔絶して囲んでおり、シールゴム４で孔１６，１７を２重に囲んでいる。
【００２６】
また、シールゴム５は、極１１、流路溝２２，２３、入口マニホールド２０及び出口マニホールド２１を囲む領域をシールする第１シール部５ａと、孔２４，２５を単独でシールする第２シール部５ｂ，５ｃと、冷却水用孔２６，２７を単独でシールする第３シール部５ｄ，５ｅと、からなる。第１シール部５ａは、第２シール部５ｂ，５ｃの周りも隔絶して囲んでおり、シールゴム５で孔２４，２５を２重に囲んでいる。
【００２７】
電解質膜３は、２枚のセパレータ１，２に挟み込まれるものである。電解質膜３は、セパレータ１，２全面よりは小さいが、極１０，１１、入口マニホールド１２，２０、出口マニホールド１３，２１及び孔１６，１７，２４，２５を含む大きさの面積を有する長方形のシートであり、入口マニホールド１２，２０、出口マニホールド１３，２１及び孔１６，１７，２４，２５の対峙する位置には貫通孔３ａ〜３ｄが空けてある。冷却水用孔１８，１９，２６，２７の位置にはセパレータ１，２間に電解質膜３は挟まれていない。
【００２８】
ガスケット６，７，８，９は、図１や図２では既にセパレータ１，２に取り付け済みであり、図３のように単体で入口マニホールド１２，２０及び出口マニホールド１３，２１のそれぞれの周りを囲む。ガスケット６，７，８，９は、シールゴム４，５の第１シール部４ａ，５ａが入口マニホールド１２，２０及び出口マニホールド１３，２１を囲んだ内側に配置される。図３に代表としてガスケット６を示すが、ガスケット６は、図３（ａ）に示すように単体部材で製作され、図３（ｂ）に示すようにシールゴム４の第１シール部４ａが入口マニホールド１２を囲んだ内側で、入口マニホールド１２を囲むように接着される。
【００２９】
入口マニホールド１２，２０及び出口マニホールド１３，２１の周りには極１０，１１へ通じる流路溝１４，１５，２２，２３が存在しており、ガスケット６，７，８，９は複数並列した流路溝１４，１５，２２，２３の上部にまたがって橋のように横断し、流路溝１４，１５，２２，２３のセパレータ１，２に彫られた凹み部分は各流通ガスを疎通可能としている。
【００３０】
ガスケット６，７，８，９は、図３に代表するガスケット６のように、セパレータ１，２とは別体で形成されるもので、流路溝１４，１５，２２，２３上をまたがるのに必要な剛性を出すための樹脂フィルムやカーボンプレート等の基材３０と、基材３０に一体化されたゴム部３１とからなる。基材３０とゴム部３１の一体化には、接着剤や選択接着性ゴムによる接着が用いられる。
【００３１】
ガスケット６，７，８，９の基材３０に用いる樹脂フィルムとしては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等が挙げられ、中でもＰＩが好適である。
【００３２】
なお、ガスケット６，７，８，９は、基材３０単体でもシール可能であるので、基材３０のみから構成するようにしてもよい。
【００３３】
ガスケット６，７，８，９のセパレータ１，２に対する接着は、基材３０に粘着剤を塗布してセパレータ１，２に接着固定する。なお、粘着剤を使用しない場合には、セパレータ１，２に突起を設けておき、基材３０に突起に係合する穴を形成して、ガスケット６，７，８，９をセパレータ１，２に結合する等の方法を採用することもできる。
【００３４】
そして、ガスケット６，７，８，９が接着された２つのセパレータ１，２の間に、電解質膜３を挟み込んで一つのセルを形成する。
【００３５】
図４は図２Ａ−Ａ部においてセパレータ１，２で電解質膜３を挟み込んでガスケット６によってシールが行われている要部を示す断面図である。図４では、セパレータ１の流路溝１４上に橋渡しされると共に入口マニホールド１２を囲んだガスケット６に対し、セパレータ２の孔２４を囲んだシールゴム５の第２シール部５ｂが電解質膜３を挟んで対峙し、ガスケット６と第２シール部５ｂとがお互いに全周的に圧縮し合う。
【００３６】
以上のように、ガスケット６，７，８，９は入口マニホールド１２，２０、出口マニホールド１３，２１の周りをそれぞれ全周的に囲っており、従来のように流路溝上とその他の部分とでシールゴム４，５に対向する部材を変える必要がないので、入口マニホールド１２，２０及び出口マニホールド１３，２１並びに孔１６，１７，２４，２５の周りにおいてシールゴム４，５やガスケット６，７，８，９が電解質膜３に必ず密接し、よりよいシール性を発揮できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、燃料ガスの漏れがなく、確実なシール性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は実施形態に係るセパレータを示す平面図である。（ｂ）は実施形態に係る電解質膜を示す平面図である。（ｃ）は実施形態に係るセパレータを示す平面図である。
【図２】実施形態に係るセパレータの図１（ａ）を拡大して示す平面図である。
【図３】（ａ）は実施形態に係るガスケットを示す斜視図である。（ｂ）は実施形態に係るガスケットを示す平面図である。
【図４】実施形態に係る燃料電池セパレータのシール構造の要部を示す断面図である。
【図５】燃料電池のセルの構造を示す図である。
【図６】（ａ）は従来技術のセパレータを示す平面図である。（ｂ）は従来技術の電解質膜を示す平面図である。（ｃ）は従来技術のセパレータを示す平面図である。
【図７】従来技術の燃料電池セパレータのシール構造の要部を示す断面図である。
【図８】従来技術の燃料電池セパレータのシール構造の問題点を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２  セパレータ
３  電解質膜
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ  貫通孔
４，５  シールゴム
４ａ，５ａ  第１シール部
４ｂ，４ｃ，５ｂ，５ｃ  第２シール部
４ｄ，４ｅ，５ｄ，５ｅ  第３シール部
６，７，８，９  ガスケット
１０  燃料極
１１  空気極
１２，２０  入口マニホールド
１３，２１  出口マニホールド
１４，１５，２２，２３  流路溝
１６，１７，２４，２５  孔
１８，１９，２６，２７  冷却水用孔
３０  基材
３１  ゴム部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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