燃料電池用襯墊的製作方法

2023-10-05 20:25:34 3

本發明涉及構成燃料電池單元中的密封部的燃料電池用襯墊。

背景技術：

在燃料電池用襯墊中存在用於密封離子交換膜的膜面密封件以及用於密封冷卻側的冷卻劑密封件。作為襯墊的組裝方法，存在以下方式：在隔板、mea、gdl這種電池單元部件上一體地成形襯墊；在帶有粘合材料的樹脂增強體上一體地成形襯墊並粘貼在隔板等電池單元部件上；以及獨立成形襯墊並將其組裝在電池單元部件上。作為電池堆的接合方法，存在以某種尺寸(厚度尺寸)進行接合的方法以及按照某種荷重進行接合的方法。其中，作為後者，在按照確定的荷重進行接合的方法中，需要在設計襯墊時考慮所使用的gdl的壓縮狀態以及荷重。

另外，當前作為一種燃料電池用襯墊已知有燃料電池用襯墊11，如圖3所示，該襯墊11包含於一對隔板52、53間安裝有包含mea55的中間部件54的燃料電池單元51中，該襯墊11的構造為：保持在一對隔板52、53中的一個隔板52上的第一襯墊主體21以及保持在另一個隔板53上的第二襯墊主體31在平面上重疊的位置分別與中間部件54接觸，為了使兩個襯墊主體21、31在平面配置存在少量偏離的情況下也能夠確保密封面壓，兩個襯墊主體21、31中的第一襯墊主體21具備截面呈山形的唇狀的接觸部23，第二襯墊主體31具備平面狀的接觸部33。

在使用上述圖3的燃料電池用襯墊11的情況下，在電池單元接合時，形成第一襯墊主體21的唇狀接觸部23和第二襯墊主體31的平面狀接觸部33以夾持中間部件54的方式被壓縮的結構，但是，作為中間部件54，在和mea55一起配置的gdl56的接合荷重較小的情況下，襯墊主體21、31可能會被過度壓縮。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2006-236671號公報

專利文獻2：日本特開2005-166508號公報

專利文獻3：日本特開2005-5191號公報(圖9)

技術實現要素：

本發明就是鑑於上述問題點而提出，其目的在於提供一種燃料電池用襯墊，在電池單元接合時襯墊主體的接觸部以彼此夾持中間部件的方式被壓縮的結構中，能夠抑制襯墊主體被過度壓縮。

為了實現上述目的，本發明的權利要求1所涉及的燃料電池用襯墊是包含於一對隔板間安裝有包含mea的中間部件的燃料電池單元中的襯墊，該燃料電池用襯墊的構造為：保持在所述一對隔板中的一個隔板上的襯墊主體以及保持在另一個隔板上的襯墊主體在平面上重疊的位置分別與所述中間部件接觸，其特徵在於，在所述兩個襯墊主體的寬度方向兩側或者一側一體地成形有基於襯墊厚度尺寸的標準尺寸固定用堤防部。

另外，根據上述權利要求1所述的燃料電池用襯墊，本發明的權利要求2所涉及的燃料電池用襯墊的特徵在於，所述標準尺寸固定用堤防部通過設置在所述隔板的凸部來支撐。

另外，根據上述權利要求2所述的燃料電池用襯墊，本發明的權利要求3所涉及的燃料電池用襯墊的特徵在於，所述凸部埋設在所述標準尺寸固定用堤防部中。

另外，根據上述權利要求1、2或3所述的燃料電池用襯墊，本發明的權利要求4所涉及的燃料電池用襯墊的特徵在於，所述兩個襯墊主體中的一個襯墊主體具備截面呈山形的唇狀的接觸部，並且另一個襯墊主體具備平面狀的接觸部，在所述一個襯墊主體的唇狀接觸部與所述標準尺寸固定用堤防部之間設置有凹部，並且在所述另一個襯墊主體的平面狀接觸部與所述標準尺寸固定用堤防部之間也設置有凹部。

在具備上述結構的本發明的燃料電池用襯墊中，在兩個襯墊主體的寬度方向兩側或者一側一體地成形有基於襯墊厚度尺寸的標準尺寸固定用堤防部，在電池單元接合時，該兩個標準尺寸固定用堤防部在平面上重疊的位置分別與中間部件接觸，因此該兩個標準尺寸固定用堤防部可以作為墊片發揮作用，從而限制襯墊整體的壓縮量。由此，能夠抑制襯墊主體被過度壓縮。

標準尺寸固定用堤防部可以相對於襯墊主體單獨成形，但是，由於能夠在鑄模型腔中一體化，因此優選在成形工序中一體地成形襯墊主體。但是，如果相對於襯墊主體一體地成形標準尺寸固定用堤防部，則標準尺寸固定用堤防部與襯墊主體的材質相同，因此標準尺寸固定用堤防部自身被強力壓縮時可能會倒塌，導致其高度尺寸大幅度減小。

因此，作為對策，優選在隔板上設置凸部，通過該凸部來支撐標準尺寸固定用堤防部，由此，通過較硬材質的凸部來支撐較軟材質的標準尺寸固定用堤防部可以在實質上提高性能，因此，能夠抑制標準尺寸固定用堤防部倒塌。

作為凸部所支撐的兩個標準尺寸固定用堤防部的形狀，可以在凸部的高度方向前端配置兩個標準尺寸固定用堤防部，但是，也可以將凸部埋設在標準尺寸固定用堤防部中(或者說，通過堤防部覆蓋凸部)，由此，可以進一步使得標準尺寸固定用堤防部難以倒塌。

另外，作為相對於襯墊主體一體成形標準尺寸固定用堤防部的形狀，以兩個襯墊主體中的一個襯墊主體具備截面呈山形的唇狀的接觸部並且另一個襯墊主體具備平面狀的接觸部為前提，優先在一個襯墊主體的唇狀接觸部與標準尺寸固定用堤防部之間設置凹部，並且在另一個襯墊主體的平面狀接觸部與標準尺寸固定用堤防部之間也設置凹部，由此，即使標準尺寸固定用堤防部被壓縮，也難以影響到接觸部，因此能夠正確維持接觸部的密封面壓。

本發明具有下述效果。

即，如本發明的上述說明所述，在電池單元接合時襯墊主體的接觸部以彼此夾持中間部件的方式被壓縮的結構中，能夠抑制襯墊主體被過度壓縮。由此，能夠長期維持襯墊的耐久性以及襯墊的密封性。

附圖說明

圖1是本發明的第一實施例所涉及的燃料電池用襯墊的主要部分截面圖。

圖2是本發明的第二實施例所涉及的燃料電池用襯墊的主要部分截面圖。

圖3是現有技術所涉及的燃料電池用襯墊的主要部分截面圖。

具體實施方式

本發明包含以下實施方式。

(1)本發明涉及襯墊形狀。本發明的襯墊例如用作燃料電池的電池密封件。

(2)在現有技術的形狀的情況下，在接合時，形成為一個襯墊的平面部和另一個襯墊的唇部以夾持mea的方式被壓縮的結構，但是，在gdl的接合荷重較小的情況下，襯墊可能會被過度壓縮。

(3)作為上述對策，在襯墊的旁邊設置堤防部，在接合時通過堤防部分來承受壓縮，從而防止襯墊被過度壓縮。

(4)另外，在堤防部分為縱長形狀的情況下，接合時可能會倒塌，無法承受壓縮。

(5)因此，作為上述對策，在襯墊成形部設置隔板的凸部，在其上部形成襯墊的堤防部。

(6-1)根據該結構，通過在隔板凸部上設置襯墊的堤防部，易於在接合時進一步提高堤防部的反作用力，使得密封部難以被過度壓縮。並且，能夠通過調整堤防部的高度來抑制gdl被過度壓縮。

(6-2)通過在隔板凸部上形成襯墊的堤防部，由於堤防部的接合荷重較高，因此能夠抑制密封件被過度壓縮。

(6-3)通過在隔板凸部上形成襯墊的堤防部，由於堤防部的接合荷重較高，因此能夠抑制gdl被過度壓縮。

實施例

下面，基於附圖說明本發明的實施例。

第一實施例

如圖1所示，該實施例所涉及的燃料電池用襯墊11是包含於一對隔板52、53間安裝有包含mea(膜電極複合體)55以及gdl(氣體擴散層)56的中間部件54的燃料電池單元51的襯墊，該襯墊具備下述構造：具備保持在一對隔板52、53中的一個隔板52上的襯墊主體(第一襯墊主體)21以及保持在另一個隔板53上的襯墊主體(第二襯墊主體)31，兩個襯墊主體21、31在平面上重疊的位置分別與中間部件54的mea55接觸。襯墊主體21、31分別由規定的橡膠狀彈性體等成形。

在圖1的下側的第一襯墊主體21具備平板狀的襯墊基部22以及截面呈山形的唇狀的接觸部23，在平板狀的襯墊基部22的寬度方向中央部一體地成形截面呈山形的唇狀的接觸部23。另外，在該第一襯墊主體21的寬度方向兩側分別一體地成形有基於襯墊厚度尺寸的標準尺寸固定用堤防部24，在唇狀接觸部23與標準尺寸固定用堤防部24之間分別形成有凹部25。襯墊基部22、唇狀接觸部23以及標準尺寸固定用堤防部24的各個厚度(高度)尺寸的大小關係為：在襯墊基部22的厚度尺寸為t1、唇狀接觸部23的厚度尺寸為t2、標準尺寸固定用堤防部24的厚度尺寸為t3的情況下，滿足t1<t3<t2的關係。

另一方面，在圖1的上側的第二襯墊主體31具備平板狀的襯墊基部32以及平面狀的接觸部33，在平板狀的襯墊基部32的寬度方向中央部一體地成形平面狀的接觸部33。另外，在該第二襯墊主體31的寬度方向兩側分別一體地成形有基於襯墊厚度尺寸的標準尺寸固定用堤防部34，在平面狀接觸部33與標準尺寸固定用堤防部34之間分別形成有凹部35。襯墊基部32、平面狀接觸部33以及標準尺寸固定用堤防部34的各個厚度(高度)尺寸的大小關係為：在襯墊基部32的厚度尺寸為t4、平面狀接觸部33的厚度尺寸為t5、標準尺寸固定用堤防部34的厚度尺寸為t6的情況下，滿足t4<t5<t6的關係。

在具備上述結構的燃料電池用襯墊11中，在第一以及第二襯墊主體21、31的寬度方向兩側分別一體地成形基於襯墊厚度尺寸的標準尺寸固定用堤防部24、34，在電池單元接合時，該兩個標準尺寸固定用堤防部24、34在平面上重疊的位置分別與中間部件54的mea55接觸，因此，該兩個標準尺寸固定用堤防部24、34可以作為墊片發揮作用，可以限制襯墊11整體的壓縮量。由此，能夠抑制襯墊主體21、31被過度壓縮而損壞其耐久性、密封性。

另外，作為在襯墊主體21、31上一體成形標準尺寸固定用堤防部24、34的形狀，兩個襯墊主體21、31中的第一襯墊主體21具備截面呈山形的唇狀的接觸部23，並且第二襯墊主體31具備平面狀的接觸部33，在第一襯墊主體21的唇狀接觸部23與標準尺寸固定用堤防部24之間設置有凹部25，並且在第二襯墊主體31的平面狀接觸部33與標準尺寸固定用堤防部34之間設置有凹部35，因此，即使標準尺寸固定用堤防部24、34被壓縮，也難以影響到接觸部23、33。由此，能夠正確維持接觸部23、33的密封面壓。

第二實施例

下面，該第二實施例所涉及的燃料電池用襯墊11中，構成為：在與上述第一實施例同樣結構的基礎上，在各個隔板52、53上設置凸部57、58，通過該凸部57、58來支撐各標準尺寸固定用堤防部24、34。例如，凸部57、58通過衝壓加工金屬制隔板52、53的一部分而形成為中空的立體形狀，將其全部或者一部分(圖中為全部)埋設在標準尺寸固定用堤防部24、34中。

由此，根據該結構，通過較硬材質的凸部57、58來支撐較軟材質的標準尺寸固定用堤防部24、34，因此能夠抑制標準尺寸固定用堤防部24、34倒塌。

對於凸部57的厚度(高度)尺寸t7，根據其功能，在襯墊基部22的厚度尺寸為t1、標準尺寸固定用堤防部24的厚度尺寸為t3的情況下，優選滿足t1<t7<t3的關係，同樣，對於凸部58的厚度(高度)尺寸t8，根據其功能，在襯墊基部32的厚度尺寸為t4、平面狀接觸部33的厚度尺寸為t5、標準尺寸固定用堤防部34的厚度尺寸為t6的情況下，優選滿足t4<t8<t6，並且滿足t8<t5的關係。

此外，在上述第一以及第二實施例中，在襯墊主體21、31的寬度方向兩側分別設置有標準尺寸固定用堤防部24、34，但是，也可以僅在襯墊主體21的寬度方向一側設置標準尺寸固定用堤防部24、34。

符號說明

11燃料電池用襯墊

21第一襯墊主體

22、32襯墊基部

23唇狀接觸部

24、34標準尺寸固定用堤防部

25、35凹部

31第二襯墊主體

33平面狀接觸部

51燃料電池單元

52、53隔板

54中間部件

55mea

56gdl

57、58凸部