燃料電池的密封構造的製作方法
2023-05-14 18:19:56 2
專利名稱：燃料電池的密封構造的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在燃料電池中用於使燃料氣體、氧化劑氣體以及冷卻介質等在各自獨立的流路中流通的密封構造。
背景技術：
燃料電池具有用於使燃料氣體和氧化劑氣體、以及冷卻介質等在各自獨立的流路中流通的密封構造。圖11是以分離狀態示出利用現有技術的燃料電池的密封構造的部分剖面圖，圖12是以層疊狀態示出的部分剖面圖。在這些圖11以及圖12中，附圖標記110為在由電解質膜以及設置在其兩面的催化劑電極層構成的膜_電極複合體(MEA Membrane Electrode Assembly) 111的厚度方向 兩側上將由多孔質體構成的氣體擴散層(⑶L:Gas Diffusion Layer) 112、113進行層疊一體化的發電體。並且，通過在該發電體110的厚度方向兩側上層疊由碳或者導電性金屬構成的分隔件120、130而構成燃料電池單元100。在各燃料電池單元100中，發電體110中的膜-電極複合體111的外周部被夾持在以橡膠狀彈性材料(橡膠或者具有橡膠狀彈性的合成樹脂材料)一體成形於一側的分隔件120上的正極用密封突條121與以橡膠狀彈性材料一體成形於另一側的分隔件130上的負極用密封突條131之間。並且，在膜-電極複合體111中的一側的催化劑電極層(正極)和與其相對向的一側的分隔件120之間，通過正極用密封突條121劃分燃料氣體流路100a，在膜-電極複合體111中的另一側的催化劑電極層(負極)和與其相對向的另一側的分隔件130之間，通過負極用密封突條131劃分氧化劑氣體流路100b。此外，在一側的與分隔件120中的正極用密封突條121相反側的面上，以橡膠狀彈性材料一體成形製冷劑用密封突條122，在鄰接的燃料電池單元100、100的分隔件120、130之間，通過該製冷劑用密封突條122劃分製冷劑流路100c。即，這種燃料電池中，在各燃料電池單元100中，流通燃料氣體流路IOOa的燃料氣體(氫氣)通過氣體擴散層112而被供給膜-電極複合體111的正極側，流通氧化劑氣體流路IOOb的氧化劑氣體(空氣)通過氣體擴散層113而被供給膜-電極複合體111的負極側，通過水的電解的逆反應，即通過從氫氣和氧氣生成水的反應，從而產生電力。並且，雖然由各燃料電池單元100產生的電動勢較低，但是通過將多個燃料電池單元100層疊並電串聯連接，從而能夠得到需要的電動勢(參考例如專利文獻I)。但是，根據現有的燃料電池的密封構造，除了在一側的分隔件120上將正極用密封突條121和製冷劑用密封突條122 —體成形以外，還需要在另一側的分隔件130上將負極用密封突條131 —體成形。此外，當分隔件120、130由於薄壁化而易於變形時，存在燃料電池單元100中的發電體Iio兩側的分隔件120、130的端部彼此接觸而電短路，發電效率降低的危險。現有技術文獻
專利文獻專利文獻I :日本特開2005-222708號公報
發明內容
(發明要解決的課題)本發明鑑於上述問題而作出的，其技術課題是在燃料電池的密封構造中，將正極用以及負極用的密封突條和製冷劑用的密封突條匯集設置於一個分隔件上，同時防止發電體的兩側的分隔件彼此接觸而發生電短路。(用於解決課題的方法)作為用於有效解決上述技術課題的方法，本發明第一方面涉及的燃料電池的密封構造為包括發電體，具有在電解質膜的兩面設有電極層的膜-電極複合體；以及第一和第二分隔件，配置在該發電體的厚度方向兩側；在所述第一分隔件中厚度方向一側的面上，以 電絕緣性的橡膠狀彈性材料一體成形有密接於所述發電體的外周部的第一密封突條、位於該第一密封突條的外周側而密接於所述第二分隔件的第二密封突條、以及與這些第一以及第二密封突條並排隆起的防止短路肋，在所述第一分隔件中厚度方向另一側的面上，以電絕緣性的橡膠狀材料一體成形有密接於與所述第二分隔件中所述發電體相反側的面的第三密封突條。此外，本發明第二方面涉及的燃料電池的密封構造為，在第一方面的構成中，第一密封突條、第二密封突條以及防止短路肋和第三密封突條通過開設於第一分隔件上的連通孔而相互連續。此外，本發明第三方面涉及的燃料電池的密封構造為，在第一方面的構成中，通過階梯部而向厚度方向相反側相互彎曲形成第一保持部以及第二保持部，所述第一保持部在第一分隔件上將第一密封突條、第二密封突條以及防止短路肋進行一體化，同時第三密封突條與向與所述第一密封突條、第二密封突條以及防止短路肋的隆起方向相反側後退，所述第二保持部與第三密封突條進行一體化，同時向與該第三密封突條的隆起方向相反側後退。此外，本發明第四方面涉及的燃料電池的密封構造為，在第一方面的構成中，第三密封突條設置於第一密封突條和第二密封突條之間。此外，本發明第五方面涉及的燃料電池的密封構造為，在第三方面的構成中，防止短路肋被設置成從與第三密封突條相反側覆蓋第二保持部。(發明的效果)根據本發明第一方面涉及的燃料電池的密封構造，由於在第一分隔件上設置密接於發電體的外周部的第一密封突條以及密接於第二分隔件的第二密封突條、以及密接於與第二分隔件中所述發電體相反側的面的第三密封突條，即由於能夠形成將正極用以及負極用密封突條和製冷劑用密封突條匯集設置於一個分隔件上，因此，能夠實現墊圈的成形工序的簡略化以及組裝性的提高，並且通過與第一以及第二密封突條並排隆起的防止短路肋，能夠有效防止位於發電體的兩側的第一分隔件和第二分隔件接觸而發生電短路。此外，根據本發明第二方面涉及的燃料電池的密封構造，除了第一方面的構成所產生的效果以外，由於在第一分隔件中厚度方向一側的面上設置的第一密封突條、第二密封突條以及防止短路肋和在第二分隔件中厚度方向另一側的面上設置的第三密封突條通過開設於第一分隔件上的連通孔而相互連續，因此，能夠從第一分隔件的一側同時進行第一密封突條、第二密封突條以及防止短路肋、與第三密封突條的成形。此外，根據本發明第三方面涉及的燃料電池的密封構造，除了第一方面的構成所產生的效果以外，通過形成於第一分隔件的第一保持部向與其一體化的第一以及第二密封突條的隆起方向相反側後退，從而確保了第一以及第二密封突條的足夠的壓縮餘量，通過形成於第一分隔件的第二保持部向與其一體化的第三密封突條的隆起方向相反側後退，從而確保了第三密封突條的足夠的壓縮餘量，此外，由於這些第一以及第二保持部通過階梯部而向相反側相互彎曲，因此，能夠抑制層疊厚度的增大。此外，根據本發明第四方面涉及的燃料電池的密封構造，除了第一方面的構成所產生的效果以外，由於第三密封突條設置於第一密封突條與第二密封突條之間，因此，第一 第三密封突條的壓縮反作用力的平衡良好，由此能夠進一步提高防止發電體的兩側的第一分隔件和第二分隔件的短路的功能。此外，根據本發明第五方面涉及的燃料電池的密封構造，除了第三方面的構成所 產生的效果以外，由於防止短路肋被設置成從與第三密封突條相反側覆蓋第二保持部，因此，能夠在寬度方向的寬的範圍推壓第二分隔件，而能夠進一步提高防止發電體的兩側的第一分隔件和第二分隔件的短路的功能。
圖I是以分離狀態示出本發明涉及的燃料電池的密封構造的第一方式的部分剖面圖。圖2是以層疊狀態示出本發明涉及的燃料電池的密封構造的第一方式的部分剖面圖。圖3是示出本發明涉及的燃料電池的密封構造中的發電體的增強構造的一例的部分剖面圖。圖4是示出本發明涉及的燃料電池的密封構造中的發電體的增強構造的其他例的部分剖面圖。圖5是以分離狀態示出本發明涉及的燃料電池的密封構造的第二方式的部分剖面圖。圖6是以層疊狀態示出本發明涉及的燃料電池的密封構造的第二方式的部分剖面圖。圖7是以分離狀態示出本發明涉及的燃料電池的密封構造的第三方式的部分剖面圖。圖8是以層疊狀態示出本發明涉及的燃料電池的密封構造的第三方式的部分剖面圖。圖9是以分離狀態示出本發明涉及的燃料電池的密封構造的第四方式的部分剖面圖。圖10是以層疊狀態示出本發明涉及的燃料電池的密封構造的第四方式的部分剖面圖。
圖11是以分離狀態示出利用現有技術的燃料電池的密封構造的部分剖面圖。圖12是以層疊狀態示出利用現有技術的燃料電池的密封構造的部分剖面圖。符號說明I燃料電池單元10發電體11膜-電極複合體12、13氣體擴散層14增強薄膜
20第一分隔件23第一保持部23a、25a槽狀後退面24階梯部25第二保持部26連通孔30第二分隔件33凸緣部40 墊圈41第一密封突條42第二密封突條43防止短路肋(rib)44第三密封突條F1-F3 流路。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發明涉及的燃料電池的密封構造的優選實施方式進行詳細說明。首先，圖I以及圖2示出本發明涉及的燃料電池的密封構造的第一方式，附圖標記10為在由電解質膜以及設置在其兩面的催化劑電極層構成的膜-電極複合體(MEA Membrane Electrode Assembly) 11的厚度方向兩側上將多孔質體構成的氣體擴散層(⑶L Gas Diffusion Layer) 12、13進行層疊一體化的發電體，附圖標記20為配置於發電體10的厚度方向一側的第一分隔件、附圖標記30為配置在發電體10的厚度方向另一側的第二分隔件。發電體10中的膜-電極複合體11中，厚度方向的投影面積大於位於其兩側的氣體擴散層12、13，氣體擴散層12、13的外周緣部從膜-電極複合體11的外周緣部向內周側後退。因此，發電體10的外周部形成階梯狀，膜-電極複合體11的外周部從氣體擴散層12,13的緣部伸出。此外，如圖3或者圖4所示，從氣體擴散層12、13的緣部伸出的膜-電極複合體11外周部中，至少一面上熱壓接有由合成樹脂構成的增強薄膜14，該增強薄膜14的內周緣被夾入氣體擴散層12 (以及13)的緣部與膜-電極複合體11之間。另外，如圖4所示，在將增強薄膜14僅設置在一面的情況下，優選的是設置在利用下述的第一密封突條41形成密封面的一側。第一分隔件20由薄壁不鏽鋼板等具有導電性的金屬板構成，其厚度方向的投影面積大於發電體10(膜-電極複合體11)的厚度方向的投影面積，在與發電體10的氣體擴散層12、13相對應的區域中交替形成向厚度方向相反側相互彎曲的槽21、22，在其外周側的區域中，以向與發電體10的相對向方向的相反側後退的方式形成彎曲成凹狀的第一保持部23，再者，在其外周側的區域中，通過傾斜面狀的階梯部24，而形成向與第一保持部23相反側彎曲成凹狀的第二保持部25。另一方面，第二分隔件30也由與第一分隔件20相同的薄壁不鏽鋼板等具有導電性的金屬板構成，其厚度方向的投影面積與第一分隔件20大致相等，在與發電體10中的氣體擴散層12、13相對應的區域中交替形成向與厚度方向相反側相互彎曲的槽31、32，在其外周側的區域中形成平板狀的凸緣部33。在第一分隔件20中的厚度方向一側的面中的第一保持部23的槽狀後退面23a上，一體設置有密接於發電體10的外周部(熱壓接於膜-電極複合體11的外周部的增強薄膜14)的山形的第一密封突條41、位於該第一密封突條41的外周側而密接於第二分隔件30的凸緣部33的山形的第二密封突條42、以及在這些第一以及第二密封突條41、42的寬度方向兩側並排隆起的防止短路肋43。並且，位於第二密封突條42的外周側的防止短路肋43的一部分43a延伸成膜狀，以覆蓋所述第二保持部25所形成的相對的凸面的方式被 附著。此外，防止短路肋43以及所述膜狀的部分43a的高度高於第一分隔件20中的槽21,22的形成區域，並且僅以大致相當於圖2的層疊狀態中第一以及第二密封突條41、42的壓縮餘量的量而低於該第一以及第二密封突條41、42。此外，在第一分隔件20中的厚度方向另一側的面中的第二保持部25的槽狀後退面25a上，一體設置有密接於與第二分隔件30的凸緣部33中發電體10相反側的面的山形的第三密封突條44。該第三密封突條44的高度僅以相當於圖2的層疊狀態中的壓縮餘量的量而高於第二保持部25兩側的相對的凸面。第一分隔件20中相互設置在相反側的面的這些第一密封突條41、第二密封突條42以及防止短路肋43和第三密封突條44通過開設於第一分隔件20的第一保持部23與第二保持部25之間的階梯部24上的連通孔26，而構成相互連續的墊圈40，以電絕緣性的橡膠狀彈性材料(橡膠或者具有橡膠彈性的合成樹脂材料)一體成形。並且，如圖2所示，由發電體10與層疊在其厚度方向兩側的第一分隔件20以及第二分隔件30構成燃料電池單元(單個單元)1，通過將多個該燃料電池單元I層疊，構成燃料電池組。在該層疊狀態中，通過相互鄰接的燃料電池單元I彼此，換而言之，一個燃料電池單元I中的第一分隔件20和與其鄰接的燃料電池單元I中的第二分隔件30相互接觸，從而鄰接的燃料電池單元I相互電串聯連接。在各燃料電池單元I中，發電體10中的膜-電極複合體11的外周部被夾持在一體設置於第一分隔件20的墊圈40的第一密封突條41與第二分隔件30中的凸緣部33之間，同時發電體10中的氣體擴散層12、13以適當的壓縮狀態被夾持在第一分隔件20中的槽21、22所形成的區域與第二分隔件30中的槽31、32所形成的區域之間。
在發電體10中的一側的氣體擴散層12和與其抵接的第一分隔件20的槽21之間，形成含有氫氣的燃料氣體(或者含有氧氣的氧化劑氣體)的流路F1，該流路Fl所形成的區域通過以適當的壓縮餘量密接於在發電體10中的膜-電極複合體11的外周部上被熱壓接的增強薄膜14的第一密封突條41而從其他區域獨立劃分。即，第一密封突條41相當於正極用(或者負極用)的密封突條，通過所述流路Fl以及氣體擴散層12，而燃料氣體(或者氧化劑氣體)被供給膜-電極複合體11中的氣體擴散層12側的作為催化劑電極層的正極(或者負極)。此外，在發電體10中的另一側的氣體擴散層13和與其抵接的第二分隔件30的槽31之間，形成含有氧氣的氧化劑氣體(或者含有氫氣的燃料氣體)的流路F2，該流路F2所形成的區域通過以適當的壓縮餘量密接於第二分隔件30中的凸緣部33的第二密封突條42而從其他區域獨立劃分。即，第二密封突條42相當於負極用(或者正極用)的密封突條，通過所述流路F2以及氣體擴散層13，而氧化劑氣體(或者燃料氣體)被供給膜-電極複合體11中的氣體擴散層13側的作為催化劑電極層的負極(或者正極)。
此外，在相互鄰接的燃料電池單元I、I之間，通過第一分隔件20的槽22和與該第一分隔件20抵接的第二分隔件30的槽32形成製冷劑(冷卻水)的流路F3，該流路F3所形成的區域通過以適當的壓縮餘量從與第二密封突條42相反側密接於第二分隔件30中的凸緣部33的第三密封突條44而從其他區域獨立劃分。S卩，第三密封突條44相當於製冷劑用的密封突條。S卩，在如上所述構成的第一方式中，各燃料電池單元I中，通過流路Fl以及氣體擴散層12，而含有氫氣的燃料氣體(或者含有氧氣的氧化劑氣體)被供給發電體10的膜-電極複合體11中的正極(或者負極)，通過流路F2以及氣體擴散層13，而含有氧氣的氧化劑氣體(或者含有氫氣的燃料氣體)被供給膜-電極複合體11中的負極(或者正極)，通過作為水的電解的逆反應的電化學反應，即通過由氫氣和氧氣生成水的反應，從而產生電力。此外，此時產生的反應熱被流通於流路F3的製冷劑除去。並且，一體設置於第一分隔件20的墊圈40中，由於匯集設置通過密接於發電體10中的膜-電極複合體11的外周部(增強薄膜14)而劃分獨立的流路Fl的第一密封突條41、通過密接於第二分隔件30中的凸緣部33而劃分獨立的流路F2的第二密封突條42、以及通過從與所述第二密封突條42相反側密接於所述凸緣部33而劃分獨立的流路F3的第三密封突條44，因此，不需要在其他的層疊部件(第二分隔件30等)上另外設置墊圈。此外，位於第一保持部23而設置在第一分隔件20中厚度方向一側的面上的第一密封突條41、第二密封突條42以及防止短路肋43和位於第二保持部25而設置在另一側的面上的第三密封突條44通過開設於第一保持部23與第二保持部25之間的階梯部24上的連通孔26而相互連續，因此，不需要從第一分隔件20的兩側而進行這些第一密封突條41、第二密封突條42以及防止短路肋43和第三密封突條44的成形，能夠從第一分隔件20的一側同時成形，並且由於成為成形材料的流通路徑的所述連通孔26開設於所述階梯部24上，因此，成形材料的流動良好，能夠提高墊圈40的品質。此外，由於彎曲形成於第一分隔件20的第一保持部23向與其一體化的第一以及第二密封突條41、42的隆起方向相反側後退，因此，能夠確保第一以及第二密封突條41、42的足夠的體積以及壓縮餘量，同樣，由於形成於該第一分隔件20的第二保持部25向與其一體化的第三密封突條44的隆起方向相反側後退，因此，能夠確保第三密封突條44的足夠的體積以及壓縮餘量。並且，由於這些第一以及第二保持部23、25通過階梯部24向相反側相互彎曲，因此，儘管第一以及第二密封突條41、42和第三密封突條44相互逆向設置，但是墊圈40的厚度不會變大，因此，能夠抑制燃料電池單元I的層疊厚度的增大。此外，形成於該墊圈40上的防止短路肋43通過在第一以及第二密封突條41、42的兩側密接於發電體10中的膜-電極複合體11的外周部(增強薄膜14)以及第二分隔件30中的凸緣部33，從而抑制其變形。並且，該防止短路肋43的一部分43a以從與第三密封突條44相反側覆蓋第一分隔件20中的第二保持部25的方式延伸成膜狀，由於位於與第二分隔件30中的凸緣部33之間，因此，能夠有效地防止由於位於發電體10的兩側的第一分隔件20和第二分隔件30的端部接觸而引起的燃料電池單元I內的電短路。接著，圖5以及圖6示出本發明涉及的燃料電池的密封構造的第二方式，在該方式中，與之前說明的第一方式不同之處為在形成於墊圈40中的第一以及第二密封突條41、42的寬度方向兩側的一對防止短路肋43中的內周側的防止短路肋43從第一保持部23立 起，外周側的防止短路肋43以將第二保持部25形成的相對的凸面從其內周側覆蓋至外周側的方式形成。因此，該第二方式除了基本上實現與第一方式相同的效果以外，由於位於第二密封突條42的外周側的防止短路肋43以將第二保持部25形成的相對的凸面從其內周側覆蓋至外周側的方式足夠寬廣地形成，因此，能夠進一步提高防止燃料電池單元I中的第一分隔件20與第二分隔件30的端部彼此短路的功能。接著，圖7以及圖8示出本發明涉及的燃料電池的密封構造的第三方式，在該方式中，對與之前說明的第一方式不同之處進行說明，在第一分隔件20中的第一保持部23的寬度方向中間的區域中，通過傾斜面狀的階梯部24，而形成向與第一保持部23相反側彎曲成凹狀的第二保持部25。在第一保持部23中相比第二保持部25的內周側的區域中，一體設置第一密封突條41和其內周側的防止短路肋43，在第一保持部23中相比第二保持部25的外周側的區域中，一體設置第二密封突條42和其外周側的防止短路肋43，在第一密封突條41和第二密封突條42之間，一體設置以覆蓋第二保持部25形成的相對的凸面的方式而形成的中間防止短路肋43，在位於該中間的防止短路肋43的相反側，而在第二保持部25上一體設置與第一以及第二密封突條41、42逆向的第三密封突條44。並且，第一密封突條41及其內周側的防止短路肋43和第二密封突條42及其外周側的防止短路肋43通過開設於第二保持部25的兩側的階梯部24上的連通孔26，而構成與第三密封突條44相互連續的墊圈40。第三方式中的其他構成與之前說明的第一方式相同。因此，該第三方式除了能夠基本上實現與第一方式相同的效果以外，通過第三密封突條44位於第一密封突條41和第二密封突條42之間，從而這些密封突條41、44、42的壓縮反作用力的平衡良好，由此能夠進一步提高防止燃料電池單元I中的第一分隔件20與第二分隔件30的端部彼此短路的功能。接著，圖9以及圖10示出本發明涉及的燃料電池的密封構造的第四方式，在該方式中，對與之前說明的第一至第三方式不同之處進行說明，第一分隔件20通過碳而成形，其厚度方向的投影面積大於發電體10(膜-電極複合體11)的厚度方向的投影面積，在該第一分隔件20中與發電體10的氣體擴散層12的相對向面上形成槽21，在其相反側的面上形成槽22，在槽21所形成的區域的外周側，形成從該區域向與發電體10的相對向方向的相反側後退的平面狀的第一保持部23，在其相反側的面上形成比槽22所形成的面更凹陷的第二保持部25。另一方面，第二分隔件30也與第一分隔件20相同，由碳而成形，其厚度方向的投影面積與第一分隔件20大致相等，在與發電體10的氣體擴散層13相對向面上形成槽31，在其外周側的區域上，形成以小於氣體擴散層13的厚度的突出量向與發電體10相對向方向突出的平板狀的凸緣部33。在第一分隔件20中的第一保持部23(厚度方向一側的面)上，一體設置有密接於發電體10的外周部(熱壓接於膜-電極複合體11的外周部的增強薄膜14)的山形的第一密封突條41、位於靠該第一密封突條41的外周側而密接於第二分隔件30的凸緣部33的山形的第二密封突條42、在這些第一以及第二密封突條41、42的寬度方向兩側以及第一以及第二密封突條41、42之間並排隆起的防止短路肋43。防止短路肋43的高度略高於第一分 隔件20中的槽21的形成區域，並且考慮到圖10的層疊狀態中第一以及第二密封突條41、 42的壓縮餘量，形成為比其低。此外，在該第一分隔件20中的第二保持部25 (厚度方向另一側的面)上，一體設置有具有可密接於第二分隔件30的凸緣部33中與發電體10相反側的面的高度的山形的第三密封突條44。該第三密封突條44的高度僅以相當於圖10的層疊狀態中的壓縮餘量的量而高於第二保持部25的深度。設置在第一分隔件20中相互相反側的面上的這些第一密封突條41、第二密封突條42以及防止短路肋43和第三密封突條44通過開設於第一分隔件20的第一保持部23與第二保持部25之間的連通孔26，而構成相互連續的墊圈40，並以橡膠狀彈性材料(橡膠或者具有橡膠狀彈性的合成樹脂材料)一體成形。並且，如圖10所示，由發電體10與層疊在其厚度方向兩側的第一分隔件20以及第二分隔件30構成燃料電池單元(單個單元)1，通過將多個該燃料電池單元I層疊，從而構成燃料電池組。在該層疊狀態中，通過相互鄰接的燃料電池單元I彼此，換而言之，一個燃料電池單元I中的第一分隔件20和與其鄰接的燃料電池單元I中的第二分隔件30相互接觸，從而鄰接的燃料電池單元I相互電串聯連接。在各燃料電池單元I中，發電體10中的膜-電極複合體11的外周部被夾持在一體設置於第一分隔件20的墊圈40的第一密封突條41及其寬度方向兩側(內外周)的防止短路肋43與第二分隔件30中的凸緣部33之間，同時發電體10中的氣體擴散層12、13以適當的壓縮狀態被夾持在第一分隔件20中的槽21的形成區域與第二分隔件30中的槽31的形成區域之間。並且，在發電體10中的一側的氣體擴散層12和與其抵接的第一分隔件20的槽21之間，形成含有氫氣的燃料氣體(或者含有氧氣的氧化劑氣體)的流路F1，該流路Fl所形成的區域通過以適當的壓縮餘量密接於在發電體10中的膜-電極複合體11的外周部被熱壓接的增強薄膜14上的第一密封突條41而從其他區域獨立劃分。並且，通過所述流路Fl以及氣體擴散層12，而燃料氣體(或者氧化劑氣體)被供給膜-電極複合體11中的氣體擴散層12側的催化劑電極層。
此外，在發電體10中的另一側的氣體擴散層13和與其抵接的第二分隔件30的槽31之間，形成由含有氧氣的氧化劑氣體(或者含有氫氣的燃料氣體)的流路F2，該流路F2所形成的區域通過以適當的壓縮餘量密接於第二分隔件30中的凸緣部33的第二密封突條42而從其他區域獨立劃分。並且，通過所述流路F2以及氣體擴散層13，而氧化劑氣體(或者燃料氣體)被供給膜-電極複合體11中的氣體擴散層13側的催化劑電極層。此外，在相互鄰接的燃料電池單元I、I之間，通過第一分隔件20的槽22和與該第一分隔件20抵接的第二分隔件30形成製冷劑(冷卻水)的流路F3，該流路F3所形成的區域通過以適當的壓縮餘量從與第二密封突條42的相反側密接於第二分隔件30中的凸緣部33的第三密封突條44而從其他區域獨立劃分。在如上述構成的第四方式中，一體設置於第一分隔件20的墊圈40中，由於匯集設置通過密接於發電體10中的膜-電極複合體11的外周部(增強薄膜14)而劃分獨立的流路Fl的第一密封突條41、通過密接於第二分隔件30中的凸緣部33而劃分獨立的流路F2的第二密封突條42、以及通過從與所述第二密封突條42相反側密接於所述凸緣部33而劃 分獨立的流路F3的第三密封突條44，因此，不需要在其他的層疊部件(第二分隔件30等)上另外設置墊圈。此外，位於第一保持部23而設置在第一分隔件20中厚度方向一側的面上的第一密封突條41、第二密封突條42以及防止短路肋43與位於第二保持部25而設置在另一側的面上的第三密封突條44通過連通孔26連續，因此，不需要從第一分隔件20的兩側進行這些第一密封突條41、第二密封突條42以及防止短路肋43和第三密封突條44的成形，能夠從第一分隔件20的一側同時成形。並且，由於形成於第一分隔件20的第一保持部23向與其一體化的第一以及第二密封突條41、42的隆起方向相反側後退，因此，能夠確保第一以及第二密封突條41、42的足夠的體積以及壓縮餘量，同樣，由於形成於該第一分隔件20的第二保持部25向與其一體化的第三密封突條44的隆起方向相反側後退，因此，能夠確保第三密封突條44的足夠的體積以及壓縮餘量。此外，由於這些第一以及第二保持部23、25以使第一分隔件20的厚壁減少的方式形成，因此，能夠抑制燃料電池單元I的層疊厚度的增大。此外，形成於該墊圈40的防止短路肋43通過密接於發電體10中的膜-電極複合體11的外周部(增強薄膜14)以及第二分隔件30中的凸緣部33而抑制其變形，並從第一以及第二密封突條41、42的內周側向直到外周側，與該第一以及第二密封突條41、42交替形成，因此，能夠在寬的範圍支撐於寬度方向上，並且由於由作為電絕緣材料的橡膠狀彈性材料構成，因此，能夠有效地防止發電體10的兩側的第一分隔件20和第二分隔件30接觸而電短路。
權利要求
1.一種燃料電池的密封構造，其特徵在於，包括發電體，具有在電解質膜的兩面設有電極層的膜-電極複合體；以及第一和第二分隔件，配置在該發電體的厚度方向兩側；在所述第一分隔件中厚度方向一側的面上，以電絕緣性的橡膠狀彈性材料一體成形有密接於所述發電體的外周部的第一密封突條、位於該第一密封突條的外周側而密接於所述第二分隔件的第二密封突條、以及與這些第一以及第二密封突條並排隆起的防止短路肋，在所述第一分隔件中厚度方向另一側的面上，以電絕緣性的橡膠狀材料一體成形有密接於與所述第二分隔件中所述發電體相反側的面的第三密封突條。
2.根據權利要求I所述的燃料電池的密封構造，其特徵在於，第一密封突條、第二密封突條以及防止短路肋和第三密封突條通過開設於第一分隔件上的連通孔而相互連續。
3.根據權利要求I所述的燃料電池的密封構造，其特徵在於，通過階梯部而向厚度方向相反側相互彎曲形成第一保持部以及第二保持部，所述第一保持部在第一分隔件上將第一密封突條、第二密封突條以及防止短路肋進行一體化，同時向與所述第一密封突條、第二密封突條以及防止短路肋的隆起方向相反側後退；所述第二保持部與第三密封突條進行一體化，同時向與該第三密封突條的隆起方向相反側後退。
4.根據權利要求I所述的燃料電池的密封構造，其特徵在於，第三密封突條設置於第一密封突條和第二密封突條之間。
5.根據權利要求3所述的燃料電池的密封構造，其特徵在於，防止短路肋被設置成從與第三密封突條相反側覆蓋第二保持部。
全文摘要
本發明提供一種燃料電池的密封構造，在該燃料電池的密封構造中，為了在一個分隔件(20)上匯集設置正極用以及負極用的密封突條(41、42)和製冷劑用的密封突條(44)，同時防止發電體(10)的兩側的分隔件(20、30)彼此電短路，其包括發電體(10)；以及第一和第二分隔件(20、30)，配置在該發電體(10)的厚度方向兩側；在第一分隔件(20)中厚度方向一側的面上，以電絕緣性的橡膠狀彈性材料一體成形有密接於發電體(10)的外周部的第一密封突條(41)、位於其外周側而密接於第二分隔件(30)的第二密封突條(42)、以及與這些第一以及第二密封突條(41、42)並排隆起的防止短路肋(43)，在第一分隔件(20)中厚度方向另一側的面上，以電絕緣性的橡膠狀材料一體成形有密接於與第二分隔件(30)中發電體(10)相反側的面的第三密封突條(44)。
文檔編號H01M8/10GK102804468SQ201080025299
公開日2012年11月28日 申請日期2010年5月27日 優先權日2009年6月19日
發明者真坂武史, 藏野慶宏, 田口慎一郎, 菊地健一, 浦川哲也 申請人:Nok株式會社