[发明专利]燃料电池的密封构造

说明书

技术领域

本发明涉及一种在燃料电池中将膜-电极复合体用一体地设置于隔离体上的垫圈夹入的密封构造，其中，所述隔离体配置于膜-电极复合体的厚度方向的两侧。

背景技术

燃料电池具有将膜-电极复合体(MEA)和多孔质的气体扩散层(GDL)与隔离体交替配置而叠层的构造，其中，所述膜-电极复合体在高分子电解质膜的两面上设置一对催化剂电极层，所述多孔质的气体扩散层叠层于膜-电极复合体厚度方向的两侧，所述隔离体由碳或者金属制成，并且，使燃料气体和氧化气体向膜-电极复合体的两面流通，通过作为水的电分解的逆反应的电化学反应，即由氢气和氧气生成水的反应，从而产生电力。

在这种燃料电池中，具备用于密封燃料气体和氧化气体、由其反应所生成的水和过剩的氧化气体、以及制冷剂等的密封构造。图8为在分离状态下示出利用现有技术的燃料电池的密封构造的部分剖面图，在该图8中，附图标记110为由高分子电解质膜及设置于其两侧的催化剂电极层等制成的膜-电极复合体，隔离体120分别叠层于该膜-电极复合体110的厚度方向的两侧。

一体地设置于膜-电极复合体110的厚度方向的两侧的隔离体120上的垫圈130与膜-电极复合体110的周缘密接。垫圈130由橡胶状弹性材料(橡胶或者具有橡胶状弹性的合成树脂材料)制成，为了获得所需要的表面压力而形成密封突条131。

可是，由于膜-电极复合体110为薄壁且柔软，因此，例如当由于组装精度而产生偏移(偏差)δ时，由于密封突条131引起的表面压力最大部的偏差，因此，存在密封性不稳定的问题。此外，即使可确保所需要的密封性，由于垫圈130的反作用力因偏移δ而较大地变动，所以，由于对发电区域(未图示)的叠层压力的影响，而导致发电性能也不稳定。

因此，作为防止由这样的偏移所引起的不良情况的方法，如图9中在分离状态下示出的其他现有技术的燃料电池的密封构造，已知有将膜-电极复合体110的周缘用具有密封突条131的垫圈130、以及形成扁平密封部141的垫圈140夹入的方式(参照以下的专利文献1)。

可是，在该情况下，虽然可确保利用垫圈130的密封突条131的密封面所需要的表面压力，但是，因为在利用垫圈140的扁平密封部141的密封面中表面压力分散，并且与密封突条131侧相比较表面压力降低，所以存在得不到所需要的密封性的问题。因此，为了弥补这种密封性的降低，如图10中在分离状态下示出的另一其他现有技术的燃料电池的密封构造，考虑到将具有密封突条151和扁平密封部152的垫圈150相互呈旋涡状地设置于两侧的隔离体120上，并且在宽度方向上的两处进行利用密封突条151和扁平密封部152的膜-电极复合体110的夹入的方式，但是，该情况存在垫圈150的宽度变大的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-97899号公报

发明内容

(发明要解决的课题)

本发明是鉴于上述问题而作出的，其技术课题在于在燃料电池的密封构造中，在膜-电极复合体的两侧的垫圈上即使存在由于组装精度所产生的偏移也可确保稳定的密封性能，同时使发电区域的发电性能稳定。

(用于解决课题的方法)

作为用于有效地解决上述技术课题的方法，本发明第1方面所涉及的燃料电池的密封构造为，将膜-电极复合体用第一垫圈和第二垫圈夹入，其中所述第一垫圈一体地设置于在膜-电极复合体的厚度方向一侧配置的隔离体上并由橡胶状弹性材料制成，所述第二垫圈一体地设置于在膜-电极复合体的厚度方向另一侧的隔离体上并由橡胶状弹性材料制成，其中，所述第一垫圈具有顶部与所述膜-电极复合体密接的河堤状的主唇，所述第二垫圈具有与所述膜-电极复合体密接的扁平密封部、以及该扁平密封部中在与所述主唇相对向的位置上隆起形成的副唇，所述主唇的顶部的宽度比设想的最大偏移量更宽并且比所述扁平密封部的宽度更窄，所述副唇与所述主唇的顶部相比宽度更窄。

根据本发明所涉及的燃料电池的密封构造，膜-电极复合体夹入于第一垫圈的主唇的顶部与第二垫圈的扁平密封部以及副唇之间，对于膜-电极复合体的第二垫圈的扁平密封部的接触表面压力通过副唇而补偿，而且，由于第一垫圈中主唇的顶部的宽度比第二垫圈的扁平密封部的宽度更窄，因此，可确保对于膜-电极复合体的所需要的接触表面压力，同时由于该主唇的顶部的宽度比设想的最大偏移量更宽，因此，即使产生由于组装精度所产生的偏移，也能够将膜-电极复合体用第一垫圈的主唇的顶部与第二垫圈的扁平密封部以及副唇夹入。