[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP4389718B2 - Insulating seal structure and fuel cell - Google Patents

Insulating seal structure and fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP4389718B2
JP4389718B2 JP2004230851A JP2004230851A JP4389718B2 JP 4389718 B2 JP4389718 B2 JP 4389718B2 JP 2004230851 A JP2004230851 A JP 2004230851A JP 2004230851 A JP2004230851 A JP 2004230851A JP 4389718 B2 JP4389718 B2 JP 4389718B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating
seal structure
fuel cell
metal
structure according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004230851A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006049195A (en
Inventor
文紀 佐藤
圭子 櫛引
靖志 中島
重夫 井深
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2004230851A priority Critical patent/JP4389718B2/en
Publication of JP2006049195A publication Critical patent/JP2006049195A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4389718B2 publication Critical patent/JP4389718B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、絶縁シール構造および燃料電池に関する。   The present invention relates to an insulating seal structure and a fuel cell.

従来より、電解質膜の表裏面の一方にアノード極を、他方にカソード極を配置し、それらの外側にガス通路となる間隙を空けてセパレータを配置して単電池を形成し、この単電池を多層化して燃料電池(燃料電池スタック)を構成したものが知られている。   Conventionally, an anode electrode is disposed on one of the front and back surfaces of the electrolyte membrane, and a cathode electrode is disposed on the other, and a separator is disposed outside the gap with a gap serving as a gas passage. A multi-layered fuel cell (fuel cell stack) is known.

燃料電池では、内部を通流するガス、すなわちアノードガス、カソードガス、および排気ガスについて、それぞれ気密を保つことが重要であるが、上記積層構造を採用する場合、セパレータ等の積層する部材間で気密を確保することが必要となる。   In a fuel cell, it is important to keep the gas flowing through the inside, that is, the anode gas, the cathode gas, and the exhaust gas, airtight. It is necessary to ensure airtightness.

一方、各単電池について、アノード極とカソード極との短絡を防止することも重要であるが、上記積層構造を採用する場合には、積層する部材間で絶縁を確保することが必要となる場合がある。   On the other hand, for each unit cell, it is also important to prevent a short circuit between the anode electrode and the cathode electrode, but in the case of adopting the above laminated structure, it is necessary to ensure insulation between the laminated members. There is.

そこで、特許文献1に開示される燃料電池では、相互に隣接する二つのセパレータ(集電板)の端部に絶縁性を有するガラス質のシール材を挟み込んで高温で溶着し、当該シール材によって気密と絶縁の双方を確保するようにしている(例えば特許文献1参照)。
特開平8−7903号公報(第2頁、図1)
Therefore, in the fuel cell disclosed in Patent Document 1, a glassy sealing material having an insulating property is sandwiched between end portions of two separators (current collector plates) adjacent to each other and welded at a high temperature. Both airtightness and insulation are ensured (for example, see Patent Document 1).
JP-A-8-7903 (2nd page, FIG. 1)

しかしながら、上記特許文献1に開示されるシール構造では、溶着時に、温度の不均一等が原因で、溶融したガラスが染み出したり蒸発したりしてシール性が損なわれる場合がある。また、その対策として、ガラスの融点を調整すべくビスマス、ボロン等を添加すると、これらの添加物は高温下では可動イオンとなるため、燃料電池としての動作中に絶縁性が低下する場合がある。   However, in the seal structure disclosed in Patent Document 1, the melted glass may ooze out or evaporate at the time of welding due to non-uniform temperature, and the sealing performance may be impaired. Moreover, as a countermeasure, when bismuth, boron, or the like is added to adjust the melting point of the glass, these additives become mobile ions at high temperatures, so that the insulation may be lowered during operation as a fuel cell. .

そこで、本発明は、相互に対向する二つの部材間をより確実にシールしかつ絶縁する絶縁シール構造を得ることを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to obtain an insulating seal structure that more reliably seals and insulates between two members facing each other.

本発明にあっては、一対の対向部材間に絶縁性ガスケットを狭装し、当該対向部材間をシールするとともに絶縁する絶縁シール構造であって、前記絶縁性ガスケットは、絶縁材料を主成分とする材質からなるコア部と、前記コア部の表面に蒸着によって形成され、対向部材に当接する金属被覆部と、を備え、対向部材の表面の前記金属被覆部と当接する領域に、当該金属被覆部に食い込む凸状シール部を形成したことを最も主要な特徴とする。 In the present invention, an insulating gasket is sandwiched between a pair of opposing members to seal and insulate between the opposing members, and the insulating gasket has an insulating material as a main component. And a metal coating formed on the surface of the core by vapor deposition and in contact with the opposing member, and the metal coating is provided in a region in contact with the metal coating on the surface of the opposing member. The most important feature is that a convex seal portion that bites into the portion is formed .

本発明にかかる絶縁シール構造によれば、絶縁材料を主成分とする材質からなるコア部と、前記コア部の表面に蒸着によって形成され、対向部材に当接する金属被覆部と、を備える絶縁性ガスケットを、一対の対向部材間に狭装するようにしたため、溶融したガラスが染み出してシール性が損なわれたり、添加剤が可動イオンとして動作したりすることなく、より確実に対向部材間をシールしかつ絶縁することができる。 According to the insulating seal structure of the present invention, an insulating property comprising: a core portion made of a material whose main component is an insulating material; and a metal covering portion formed on the surface of the core portion by vapor deposition and in contact with the opposing member. Since the gasket is narrowly sandwiched between a pair of opposing members, the melted glass oozes out and the sealing performance is not impaired, and the additive does not operate as movable ions, so that the opposing members can be more reliably connected. Can be sealed and insulated.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。以下の実施形態では、本発明にかかる絶縁シール構造を自動車用の燃料電池(固体酸化物型燃料電池)に適用した場合について例示する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiment, the case where the insulating seal structure according to the present invention is applied to a fuel cell (solid oxide fuel cell) for an automobile will be exemplified.

(第1実施形態:図1〜図4)図1は、本発明の第1実施形態にかかる燃料電池スタックを示す模式図であって、(a)は積層方向に沿う断面図、(b)は積層方向に沿い(a)と直交する断面図、(c)は(a)の領域Aの拡大図である。   (First Embodiment: FIGS. 1 to 4) FIG. 1 is a schematic view showing a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention, in which (a) is a sectional view along the stacking direction, and (b). Is a cross-sectional view orthogonal to (a) along the stacking direction, and (c) is an enlarged view of region A in (a).

燃料電池スタック1は、各々が燃料電池として機能する単電池2を複数積層して構成される。各単電池2は1V程度の起電力を生じ、これらが導体としてのセパレータ3を介して直列に接続されて規定の出力電圧を発生させる。この燃料電池スタック1では、セパレータ3、絶縁性ガスケット4、および燃料電池セルアセンブリ5が、この順に繰り返し積層されており、二つのセパレータ3に挟まれる部分が、それぞれ単電池2として機能する。燃料電池スタック1内で積層されるこれらの構成要素は、例えば、積層方向両端にそれぞれ設けられた一対のエンドプレート(図示せず)をテンションロッド(図示せず)を用いて挟み込むことで締結される。なお、以下の説明では、便宜上、図1にしたがって上下を規定する。すなわち、燃料電池スタック1の積層方向を上下方向と規定する。   The fuel cell stack 1 is configured by stacking a plurality of unit cells 2 each functioning as a fuel cell. Each unit cell 2 generates an electromotive force of about 1 V, and these are connected in series via a separator 3 as a conductor to generate a specified output voltage. In the fuel cell stack 1, the separator 3, the insulating gasket 4, and the fuel cell assembly 5 are repeatedly stacked in this order, and the portion sandwiched between the two separators 3 functions as the unit cell 2. These components stacked in the fuel cell stack 1 are fastened, for example, by sandwiching a pair of end plates (not shown) provided at both ends in the stacking direction using tension rods (not shown). The In the following description, for convenience, the upper and lower sides are defined according to FIG. That is, the stacking direction of the fuel cell stack 1 is defined as the vertical direction.

図2は、燃料電池セルアセンブリを示す模式図であって、(a)は平面図、(b)は(a)のB−B断面図である。   2A and 2B are schematic views showing the fuel cell assembly, where FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.

本実施形態では、平面視で矩形の電解質部6の表面および裏面に、それぞれ、触媒面へのガス拡散機能を備えたガス拡散層を有する電極として矩形のアノード極7およびカソード極8が配置されて、燃料電池セル9が構成される。具体的には、例えば、電解質部6は、10cm角で厚さを100μmとするセラミック材料(例えば8mol%イットリア(Y)を添加した安定化ジルコニア;以下、8YSZと記す)によって構成される。また、アノード極7はNiO−8YSZを主成分とする一方、カソード極8はLSC(ランタン−コバルト複合酸化物)を主成分としており、これらはともに9cm角で電解質部6の表面と裏面にそれぞれ数10〜100μm程度の厚さに焼き付けられている。 In the present embodiment, rectangular anode electrode 7 and cathode electrode 8 are arranged on the front and back surfaces of rectangular electrolyte section 6 in plan view as electrodes having a gas diffusion layer having a gas diffusion function to the catalyst surface, respectively. Thus, the fuel cell 9 is configured. Specifically, for example, the electrolyte part 6 is configured by a ceramic material (for example, stabilized zirconia added with 8 mol% yttria (Y 2 O 3 ); hereinafter referred to as 8YSZ) having a 10 cm square and a thickness of 100 μm. The The anode electrode 7 is mainly composed of NiO-8YSZ, while the cathode electrode 8 is mainly composed of LSC (lanthanum-cobalt composite oxide), both of which are 9 cm square and on the surface and the back surface of the electrolyte part 6, respectively. It is baked to a thickness of several tens to 100 μm.

そして、電解質部6の周縁部の上面(電極を形成していない領域)が、矩形枠状の支持フレーム10の下面の内周側に例えばロウ付けによって固定され、燃料電池セルアセンブリ5が構成される。支持フレーム10の各辺には、平面視で短冊状の開口部11a〜11dが設けられており、このうち開口部11aはカソードガスの導入側マニホルド20a、開口部11bはカソードガスの排気側マニホルド20b、開口部11cはアノードガスの導入側マニホルド20c、開口部11dはアノードガスの排気側マニホルド20dとなる。この支持フレーム10は、例えば、熱膨張係数が電解質部6(8YSZ)に近い耐熱性を備えるフェライト系ステンレス合金とし、100μm程度の厚さとするのが好適である。   Then, the upper surface (region in which no electrode is formed) of the peripheral portion of the electrolyte portion 6 is fixed to the inner peripheral side of the lower surface of the rectangular frame-shaped support frame 10 by, for example, brazing, and the fuel cell assembly 5 is configured. The Each side of the support frame 10 is provided with strip-shaped openings 11a to 11d in plan view, of which the opening 11a is a cathode gas introduction side manifold 20a and the opening 11b is a cathode gas exhaust side manifold. 20b and the opening 11c serve as an anode gas inlet side manifold 20c, and the opening 11d serves as an anode gas exhaust side manifold 20d. The support frame 10 is preferably made of a ferritic stainless steel alloy having a heat expansion coefficient close to that of the electrolyte part 6 (8YSZ), and has a thickness of about 100 μm.

図3は、セパレータ3を示す模式図であって、(a)は平面図、(b)は(a)のC−C断面図、(c)は(a)のD−D断面図である。   3A and 3B are schematic views showing the separator 3, wherein FIG. 3A is a plan view, FIG. 3B is a sectional view taken along the line CC in FIG. 3A, and FIG. 3C is a sectional view taken along the line DD in FIG. .

セパレータ3は、平面視では矩形の外観を呈しており、外枠部3aと、その内側の隔壁部3bとを備えている。   The separator 3 has a rectangular appearance in plan view, and includes an outer frame portion 3a and an inner partition wall portion 3b.

外枠部3aには、セパレータ3の各側縁に沿って、平面視で短冊状の表裏を貫通する開口部12a〜12dが設けられており、このうち開口部12aはカソードガスの導入側マニホルド20a(図1(a))、開口部12bはカソードガスの排気側マニホルド20b、開口部12cはアノードガスの導入側マニホルド20c(図1(b))、開口部12dはアノードガスの排気側マニホルド20dとなる。   The outer frame portion 3a is provided with openings 12a to 12d penetrating the strip-shaped front and back in plan view along each side edge of the separator 3, and the opening 12a is a cathode gas introduction side manifold. 20a (FIG. 1 (a)), the opening 12b is an exhaust-side manifold 20b for cathode gas, the opening 12c is an introduction-side manifold 20c for anode gas (FIG. 1 (b)), and the opening 12d is an exhaust-side manifold for anode gas. 20d.

隔壁部3bは、積層方向のほぼ中央位置に形成される薄板状部分であり、この隔壁部3bによって単電池2(図1)が区分される。この隔壁部3bの上側の上側凹部13は、図3(a)および図3(c)の上下方向の両端部でそれぞれ台形状に伸びて開口部12c,12dと連通する一方、下側凹部14は、図3(a)および図3(b)の左右方向の両端部でそれぞれ台形状に伸びて開口部12a,12bと連通しており、図1に示すように、燃料電池スタック1を構築したとき、上側凹部13がアノードガス通路15となり、下側凹部14がカソードガス通路16となる。なお、図1に示すように、本実施形態では、アノードガス通路15およびカソードガス通路16には、例えば白金メッシュや合金フェルト等からなる集電体21が配置される。   The partition wall portion 3b is a thin plate-like portion formed at a substantially central position in the stacking direction, and the cell 2 (FIG. 1) is divided by the partition wall portion 3b. The upper recess 13 on the upper side of the partition wall 3b extends in a trapezoidal shape at both ends in the vertical direction in FIGS. 3A and 3C and communicates with the openings 12c and 12d, while the lower recess 14 Is formed in a trapezoidal shape at both ends in the left-right direction in FIGS. 3A and 3B and communicates with the openings 12a and 12b, and the fuel cell stack 1 is constructed as shown in FIG. In this case, the upper recess 13 becomes the anode gas passage 15 and the lower recess 14 becomes the cathode gas passage 16. As shown in FIG. 1, in the present embodiment, a current collector 21 made of, for example, platinum mesh or alloy felt is disposed in the anode gas passage 15 and the cathode gas passage 16.

このセパレータ3は、耐熱性が高く、導電性を備えるものとする必要がある。そこで、例えば、支持フレーム10と同じ材質、すなわち、熱膨張係数が8YSZに近い耐熱性を備えたフェライト系ステンレス合金とし、隔壁部3bの厚さは100μm程度とするのが好適である。   The separator 3 needs to have high heat resistance and conductivity. Therefore, for example, it is preferable to use the same material as the support frame 10, that is, a ferritic stainless steel alloy having a heat expansion coefficient close to 8YSZ, and the partition wall portion 3b has a thickness of about 100 μm.

図4は、絶縁性ガスケット4を示す模式図であって、(a)は平面図、(b)は(a)のE−E断面図、(c)は(b)の領域Fの拡大図である。   4A and 4B are schematic views showing the insulating gasket 4, wherein FIG. 4A is a plan view, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. 4A, and FIG. 4C is an enlarged view of a region F in FIG. It is.

図4の(a)に示すように、絶縁性ガスケット4は、矩形枠状に構成されるとともに、平面視で短冊状の開口部19a〜19dが設けられており、このうち開口部19aはカソードガスの導入側マニホルド20a(図1(a))、開口部19bはカソードガスの排気側マニホルド20b、開口部19cはアノードガスの導入側マニホルド20c(図1(b))、開口部19dはアノードガスの排気側マニホルド20dとなる。これら開口部19a〜19d、支持フレーム10に設けられた開口部11a〜11d、およびセパレータ3に設けられた開口部12a〜12dは、各構成要素を積層して燃料電池スタック1を構成したときに、対応するもの同士が上下に重なり合い、積層方向に伸びるマニホルド20a〜20dが形成されるようにしてある。   As shown in FIG. 4A, the insulating gasket 4 is formed in a rectangular frame shape and is provided with strip-shaped openings 19a to 19d in plan view, of which the opening 19a is a cathode. The gas introduction side manifold 20a (FIG. 1A), the opening 19b is the cathode gas exhaust side manifold 20b, the opening 19c is the anode gas introduction side manifold 20c (FIG. 1B), and the opening 19d is the anode. It becomes the gas exhaust side manifold 20d. The openings 19a to 19d, the openings 11a to 11d provided in the support frame 10, and the openings 12a to 12d provided in the separator 3 are formed when the fuel cell stack 1 is configured by stacking the respective components. Corresponding ones overlap each other, and manifolds 20a to 20d extending in the stacking direction are formed.

また、図4の(b)に示すように、この絶縁性ガスケット4は、矩形かつ薄板状のコア部17と、コア部17の表裏面の全域を被覆する金属被覆部18とからなる。具体的には、例えば、シリコン樹脂を用いてマイカ材を厚さ0.3mmのシート状に形成してこれをコア部17とし、打ち抜き成型、熱処理による有機成分の焼き飛ばしを行った後、イオンプレーティング法(PVD[Physical Vapor Deposition]法)によって、銀(Ag)を厚さ100μm程度蒸着して金属被覆部18を形成する。   As shown in FIG. 4B, the insulating gasket 4 includes a rectangular and thin plate-shaped core portion 17 and a metal covering portion 18 that covers the entire front and back surfaces of the core portion 17. Specifically, for example, a mica material is formed into a sheet having a thickness of 0.3 mm using silicon resin, and this is used as the core portion 17, and after punching and organic components are burned off by heat treatment, Silver (Ag) is deposited to a thickness of about 100 μm by a plating method (PVD [Physical Vapor Deposition] method) to form the metal cover 18.

このように、金属被覆部18を蒸着によって形成することで、図4の(c)に示すように、コア部17と金属被覆部18との間に隙間を生じることなく、コア部17の表裏面の微小な凹凸を当該金属でより確実に埋めることができる。また、金属被覆部18とそれが当接する部材(本実施形態では支持フレーム10およびセパレータ3)とが当接する面での馴染みも良くなり、ガラス等の絶縁性部材が直接当接する場合に比べて、さらにシール性が高くなるという利点がある。したがって、本実施形態によれば、ガラス等の絶縁性部材を直接当接させてシールする場合に比べて、シール性が高くなるという利点がある。   Thus, by forming the metal covering portion 18 by vapor deposition, as shown in FIG. 4C, the surface of the core portion 17 is formed without generating a gap between the core portion 17 and the metal covering portion 18. The minute irregularities on the back surface can be more reliably filled with the metal. In addition, familiarity on the surface where the metal covering portion 18 and the members with which the metal covering portion 18 abuts (the support frame 10 and the separator 3 in this embodiment) abuts is improved, compared with the case where an insulating member such as glass directly abuts. In addition, there is an advantage that the sealing performance becomes higher. Therefore, according to this embodiment, there exists an advantage that sealing performance becomes high compared with the case where insulating members, such as glass, are directly contacted and sealed.

そして、上述した構成のセパレータ3、燃料電池セルアセンブリ5、および絶縁性ガスケット4をこの順に多重に積層して締結し、図1に示す燃料電池スタック1を形成する。この燃料電池スタック1では、カソードガスは、図1の(a)に示すように、導入側マニホルド20aから各カソードガス通路16に分配され、反応後の排出ガスが排出側マニホルド20bで集約されて排出される一方、アノードガスは、図1の(b)に示すように、導入側マニホルド20cから各アノードガス通路15に分配され、反応後の排出ガスが排出側マニホルド20dで集約されて排出される。なお、この燃料電池スタック1では、カソードガス通路16をカソードガスが流れる方向と、アノードガス通路15をアノードガスが流れる方向とは、互いに直交することになる。   Then, the separator 3, the fuel cell assembly 5, and the insulating gasket 4 having the above-described configuration are stacked in multiple layers in this order and fastened to form the fuel cell stack 1 shown in FIG. 1. In the fuel cell stack 1, as shown in FIG. 1A, the cathode gas is distributed from the introduction side manifold 20a to each cathode gas passage 16, and the exhaust gas after the reaction is aggregated in the discharge side manifold 20b. On the other hand, as shown in FIG. 1B, the anode gas is distributed from the introduction side manifold 20c to each anode gas passage 15, and the exhaust gas after the reaction is collected and discharged by the discharge side manifold 20d. The In the fuel cell stack 1, the direction in which the cathode gas flows through the cathode gas passage 16 and the direction in which the anode gas flows through the anode gas passage 15 are orthogonal to each other.

この燃料電池スタック1において、絶縁性ガスケット4は、セパレータ3の上面と支持フレーム10の下面との間に狭装され、セパレータ3と支持フレーム10とを絶縁する。ここで、絶縁性ガスケット4の上側の支持フレーム10およびセパレータ3は燃料電池セル9のカソード極8に電気的に接続される一方、絶縁性ガスケット4の下側のセパレータ3は当該燃料電池セル9のアノード極7に電気的に接続されている。したがって、本実施形態では、絶縁性ガスケット4により、各燃料電池セル9のカソード極8とアノード極7との短絡を防止することができる。なお、支持フレーム10の上面とセパレータ3の下面との間(図1(c)の27)には、別のガスケット(図示せず)が介装され、これらの間で気密が保たれているが、この部位27では必ずしも絶縁する必要はない。絶縁性ガスケット4によってセパレータ3同士の絶縁を確保できるからである。   In the fuel cell stack 1, the insulating gasket 4 is provided between the upper surface of the separator 3 and the lower surface of the support frame 10 to insulate the separator 3 from the support frame 10. Here, the support frame 10 and the separator 3 on the upper side of the insulating gasket 4 are electrically connected to the cathode electrode 8 of the fuel cell 9, while the separator 3 on the lower side of the insulating gasket 4 is connected to the fuel cell 9. The anode electrode 7 is electrically connected. Therefore, in the present embodiment, the insulating gasket 4 can prevent a short circuit between the cathode electrode 8 and the anode electrode 7 of each fuel cell 9. In addition, another gasket (not shown) is interposed between the upper surface of the support frame 10 and the lower surface of the separator 3 (27 in FIG. 1C), and the airtightness is maintained between them. However, it is not always necessary to insulate the portion 27. This is because insulation between the separators 3 can be secured by the insulating gasket 4.

また、絶縁性ガスケット4は、セパレータ3の上面と支持フレーム10の下面との間をシールしている。すなわち、図1の(a)および(c)に示すように、絶縁性ガスケット4によって、カソードガスの導入側マニホルド20aと外部との間、導入側マニホルド20aとアノードガス通路15との間、カソードガスの排気側マニホルド20bと外部との間、および排気側マニホルド20bとアノードガス通路15との間で気密を保つとともに、図1の(b)に示すように、アノードガスの導入側マニホルド20cと外部との間、および排気側マニホルド20dと外部との間で気密を保っている。   The insulating gasket 4 seals between the upper surface of the separator 3 and the lower surface of the support frame 10. That is, as shown in FIGS. 1A and 1C, the insulating gasket 4 causes the cathode gas introduction side manifold 20a to be connected to the outside, between the introduction side manifold 20a and the anode gas passage 15, and to the cathode. The gas-exhaust manifold 20b and the outside, and the gas-exhaust manifold 20b and the anode gas passage 15 are kept airtight and, as shown in FIG. Airtightness is maintained between the outside and between the exhaust side manifold 20d and the outside.

以上、本実施形態によれば、絶縁性ガスケット4を用いた比較的簡素な構成によって、カソードガス、アノードガス、およびそれらの排気ガスをシールするとともに、燃料電池セル9のカソード極8とアノード極7との短絡を防止することで、燃料電池の出力効率を向上することができる。   As described above, according to the present embodiment, the cathode gas, the anode gas, and the exhaust gas thereof are sealed with a relatively simple configuration using the insulating gasket 4, and the cathode electrode 8 and the anode electrode of the fuel cell 9 are sealed. By preventing a short circuit with 7, the output efficiency of the fuel cell can be improved.

そして、本実施形態によれば、従来使用されていたガラスを溶着させる絶縁シールのように、高温環境化で溶融したガラスが染み出してシール性が低下したり、融点調整のための添加物が可動イオンとなることで絶縁性が低下したりという問題を生じることが無い分、当該ガラス溶着型の絶縁シールに比べて、シール性能および絶縁性能が高く、しかも、より長期に亘って当該性能を確保することができるという利点がある。   And according to this embodiment, like an insulating seal for welding conventionally used glass, the glass melted in a high temperature environment bleeds out and the sealing performance is lowered, or an additive for adjusting the melting point is added. Because it does not cause problems such as deterioration of insulation due to mobile ions, the sealing performance and insulation performance are higher than the glass-welded insulation seal, and the performance is improved over a longer period of time. There is an advantage that it can be secured.

また、本実施形態にかかる絶縁性ガスケット4は、ガラス溶着型の絶縁シールに比べると柔軟で、当接面の微小な凹部に入り込み易く、より低い面圧でシール性を確保することができる。そのため、燃料電池スタック1を成す各構成要素の締結力をより低くすることができ、締結するための構造も簡素化できるという利点がある。また、C断面の金属やO断面の金属といった複雑な形状にしなくても、高いシール性を確保することができる分、より一層の小型化、軽量化が可能となる。   Further, the insulating gasket 4 according to the present embodiment is more flexible than a glass welding type insulating seal, can easily enter a minute recess on the contact surface, and can ensure sealing performance with a lower surface pressure. Therefore, there is an advantage that the fastening force of each component constituting the fuel cell stack 1 can be further reduced, and the structure for fastening can be simplified. Moreover, even if it does not make it a complicated shape such as a metal having a C cross section or a metal having an O cross section, it is possible to further reduce the size and weight because the high sealing performance can be ensured.

特に、本実施形態のように、絶縁性ガスケット4に当接する部材が金属部材である場合には、当該金属部材と金属被覆部18との馴染みが良くなる分、より一層シール性が高くなるという利点がある。   In particular, when the member in contact with the insulating gasket 4 is a metal member as in the present embodiment, the familiarity between the metal member and the metal covering portion 18 is improved, and the sealing performance is further improved. There are advantages.

また、金属被覆部18は数10〜数100nm程度と薄く、燃料電池スタック1のように多数挿入される場合にも、積層長さが長くなるのを抑えることができる。また、蒸着、メッキ等の、量産性の高い工法で形成することができ、コスト的にも有利である。   Further, the metal cover 18 is as thin as several tens to several hundreds of nanometers, and it is possible to suppress an increase in the stacking length even when a large number of the metal coverings 18 are inserted like the fuel cell stack 1. Further, it can be formed by a mass production method such as vapor deposition or plating, which is advantageous in terms of cost.

なお、上記実施形態では、コア部17の絶縁材料としてマイカ材を用いたが、これに替えて、他の絶縁性セラミック材料、例えば、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、カルシア等の酸化物や、ボロンナイトライド、シリコンナイトライド、アルミナイトライド等の窒化物を用いてもよい。   In the above embodiment, mica material is used as the insulating material of the core portion 17, but instead of this, other insulating ceramic materials, for example, oxides such as alumina, silica, magnesia, zirconia, calcia, Nitride such as boron nitride, silicon nitride, and aluminum nitride may be used.

また、コア部17は、絶縁材料としてのマイカを用いた層と、金属およびガラスのうち少なくとも一方の層とを積層したものとして構成してもよいし、シール性を向上すべく、絶縁材料としてのセラミック繊維に、ガラスおよびマイカのうち少なくともいずれか一方を添加したものとして構成してもよい。なお、後者の場合には、コア部17を成型し、所定の熱処理を施した後に、金属被覆部18を形成するのが更に好適である。また、製造組付時の取り扱いを容易にするため、シリコン樹脂を添加してもよい。   Moreover, the core part 17 may be comprised as what laminated | stacked the layer using the mica as an insulating material, and at least one layer among a metal and glass, and in order to improve a sealing performance, as an insulating material, You may comprise as what added at least any one of glass and mica to this ceramic fiber. In the latter case, it is more preferable to form the metal covering portion 18 after the core portion 17 is molded and subjected to predetermined heat treatment. Moreover, in order to facilitate the handling at the time of manufacturing assembly, a silicon resin may be added.

また、金属被覆部18は、上述した銀の他、アルミニウム、金、白金、ニッケル、コバルト、タングステン、銅、マグネシウム、鉄、クロム等の単体またはそれを主成分とする合金としてもよい。そして、いずれの材料の場合も、シール対象としての流体(この場合、アノードガス、カソードガス、排気ガス)の温度より高い融点の材料を用いるのが好適である。こうすれば、より確実にシール性を確保することができる。   Moreover, the metal coating | cover part 18 is good also as single-piece | units, such as aluminum, gold | metal | money, platinum, nickel, cobalt, tungsten, copper, magnesium, iron, chromium other than silver mentioned above, or an alloy which has it as a main component. In any case, it is preferable to use a material having a melting point higher than the temperature of the fluid to be sealed (in this case, anode gas, cathode gas, exhaust gas). In this way, it is possible to ensure sealing performance more reliably.

また、金属被覆部18を多層構成とし、当接する部材(対向部材)に近い層ほど、その熱膨張係数が対向部材の熱膨張係数に近くなるようにするのが好適である。こうすれば、当接面での馴染みがさらに良くなる上、熱応力の発生を抑えることができる。なお、このとき、コア部17に近い層ほど、その熱膨張係数がコア部17の熱膨張係数に近くなるようにするのが、更に好適である。   In addition, it is preferable that the metal covering portion 18 has a multi-layered structure, and the layer closer to the abutting member (opposing member) has a thermal expansion coefficient closer to that of the opposing member. In this way, the familiarity on the contact surface is further improved and the generation of thermal stress can be suppressed. At this time, it is more preferable that the layer closer to the core portion 17 has a thermal expansion coefficient closer to that of the core portion 17.

また、金属被覆部18を多層構成とし、当接する部材(対向部材)に近い層ほど、その硬度を低くするのが好適である。こうすれば、当接面での馴染みがさらに良くなる。なお、このとき、コア部17に近い層ほど、その硬度がコア部17の硬度に近くなるようにするのが、更に好適である。   In addition, it is preferable that the metal covering portion 18 has a multilayer structure, and the hardness of the layer closer to the contacting member (opposing member) is lowered. By doing so, the familiarity on the contact surface is further improved. At this time, it is more preferable that the layer closer to the core portion 17 has a hardness closer to that of the core portion 17.

また、金属被覆部18を、CVD(Chemical Vapor Deposition)法や、メッキ法、スパッタ法等により形成してもよい。   Further, the metal coating portion 18 may be formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a plating method, a sputtering method, or the like.

(第2実施形態:図5)図5は、本発明の第2実施形態にかかる燃料電池スタックのうち、セパレータ間に絶縁性ガスケットが狭装される部分を拡大して示す断面図である。なお、本実施形態にかかる燃料電池スタックは、上記第1実施形態と同様の構成要素を有している。よって、それら同様の構成要素については同じ符号を付すとともに、それらの詳細な説明を省略する。   Second Embodiment: FIG. 5 FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a portion where an insulating gasket is sandwiched between separators in a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention. The fuel cell stack according to the present embodiment has the same components as those in the first embodiment. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態では、セパレータ3Aの表面の金属被覆部18と当接する領域に、三角形状断面を有して当該金属被覆部18に食い込む突状シール部22を形成している。金属被覆部18に突状シール部22を食い込ませることで面圧を高くして、シール性をより一層向上させることができる。そして、この突状シール部22は、セパレータ3Aに形成される開口部12a〜12dや、セパレータ3Aの外周の縁に沿って環状に形成し、その全周に亘ってシール性を確保するのが好適である。なお、この場合、突状シール部22の高さは、金属被覆部18の厚みの1/10〜3倍とし、幅は、その高さの3倍以内とするのが好適である。また、突状シール部22の断面は、三角形状に限らず、半円形状や、矩形状その他種々の形状とすることができる。   In the present embodiment, a projecting seal portion 22 having a triangular cross section and biting into the metal coating portion 18 is formed in a region that contacts the metal coating portion 18 on the surface of the separator 3A. By making the metal-coated portion 18 bite into the protruding seal portion 22, the surface pressure can be increased and the sealing performance can be further improved. The projecting seal portion 22 is formed in an annular shape along the openings 12a to 12d formed in the separator 3A and the outer peripheral edge of the separator 3A, and the sealing performance is ensured over the entire periphery. Is preferred. In this case, it is preferable that the height of the protruding seal portion 22 is 1/10 to 3 times the thickness of the metal covering portion 18 and the width is within 3 times the height. Further, the cross section of the projecting seal portion 22 is not limited to a triangular shape, but may be a semicircular shape, a rectangular shape, or other various shapes.

(第3実施形態:図6)図6は、本発明の第3実施形態にかかる燃料電池スタックのうち、セパレータ間に絶縁性ガスケットが狭装される部分を拡大して示す断面図である。なお、本実施形態にかかる燃料電池スタックは、上記第1実施形態にかかる燃料電池タックと同様の構成要素を有している。よって、それら同様の構成要素については同じ符号を付すとともに、それらの詳細な説明を省略する。   (Third Embodiment: FIG. 6) FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing a portion where an insulating gasket is sandwiched between separators in a fuel cell stack according to a third embodiment of the present invention. The fuel cell stack according to the present embodiment has the same components as the fuel cell tack according to the first embodiment. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態では、金属被覆部18とセパレータ3との間に、絶縁性ガスケット4とは別のシール部材23を狭装している。この場合、シール部材23は、例えば、半円状断面とし、金属被覆部18に食い込ませることで面圧を高くして、シール性をより一層向上させることができる。そして、このシール部材23は、セパレータ3に形成される開口部12a〜12dや、セパレータ3の外周の縁に沿って環状に形成し、その全周に亘ってシール性を確保するのが好適である。なお、この場合も、シール部材23の高さは、金属被覆部18の厚みの1/10〜3倍とし、幅は、その高さの3倍以内とするのが好適である。また、シール部材23の断面は、半円形状に限らず、三角形状や、矩形状その他種々の形状とすることができる。   In the present embodiment, a seal member 23 different from the insulating gasket 4 is sandwiched between the metal cover 18 and the separator 3. In this case, for example, the sealing member 23 has a semicircular cross section, and the surface pressure can be increased by causing the metal covering portion 18 to bite into the sealing member 23, thereby further improving the sealing performance. And it is suitable for this sealing member 23 to form in cyclic | annular form along the edge of the outer periphery of the opening parts 12a-12d formed in the separator 3, and the separator 3, and to ensure a sealing performance over the perimeter. is there. In this case as well, it is preferable that the height of the seal member 23 is 1/10 to 3 times the thickness of the metal cover 18 and the width is within 3 times the height. Further, the cross section of the seal member 23 is not limited to a semicircular shape, but may be a triangular shape, a rectangular shape, or other various shapes.

なお、シール部材23は、金属被覆部18と同様の材質、すなわち、アルミニウム、銀、金、白金、ニッケル、コバルト、タングステン、銅、マグネシウム、鉄、およびクロム等の単体またはそれを主成分とする合金とするのが好適である。   The seal member 23 is made of the same material as that of the metal cover 18, that is, a simple substance such as aluminum, silver, gold, platinum, nickel, cobalt, tungsten, copper, magnesium, iron, and chromium, or the main component thereof. An alloy is preferred.

(第4実施形態:図7〜図9)図7〜図9は、本発明の第4実施形態にかかる燃料電池スタックに装着される絶縁性ガスケットの模式図であって、図7の(a)、図8の(a)および図9は各実施例の平面図であり、図7の(b)は同図の(a)のG−G断面図、図8の(b)は同図の(a)のH−H断面図である。なお、本実施形態にかかる燃料電池スタックは、上記第1実施形態と同様の構成要素を有している。よって、それら同様の構成要素については同じ符号を付すとともに、それらの詳細な説明を省略する。   (Fourth Embodiment: FIGS. 7 to 9) FIGS. 7 to 9 are schematic views of an insulating gasket attached to a fuel cell stack according to a fourth embodiment of the present invention. 8 (a) and FIG. 9 are plan views of the respective embodiments, FIG. 7 (b) is a sectional view taken along the line GG of FIG. 8 (a), and FIG. 8 (b) is the same drawing. It is HH sectional drawing of (a). The fuel cell stack according to the present embodiment has the same components as those in the first embodiment. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態にかかる絶縁性ガスケット4A〜4Cは、コア部17の表面(または裏面)の一部のみを金属被覆部24,25,26によって被覆し、金属被覆部24,25,26によって被覆されずに露出するコア部17の表面(または裏面)は、セパレータ3に直接対向するようにしている。かかる構成とすることで、金属の使用量を減らし、製造コストを低減することができる上、金属被覆部24,25,26の面圧を高くして、シール性を向上することができる。この場合、金属被覆部24,25,26は、絶縁性ガスケット4A〜4Cの開口部19a〜19dや外周の縁に沿って環状に形成し、その全周に亘ってシール性を確保するのが好適である。すなわち、図7の例では、矩形枠状の金属被覆部24を一列のみ形成し、図8の例では、同じく矩形枠状の金属被覆部25を多重に形成し、図9の例では、鋸歯状の金属被覆部26を一列のみ形成している。なお、図9の実施例は、金属被覆部26の熱応力が緩和される分、信頼性が向上するという利点がある。   The insulating gaskets 4A to 4C according to the present embodiment cover only a part of the front surface (or back surface) of the core portion 17 with the metal covering portions 24, 25, and 26, and are covered with the metal covering portions 24, 25, and 26. The front surface (or back surface) of the core portion 17 that is exposed without being exposed directly faces the separator 3. With such a configuration, the amount of metal used can be reduced and the manufacturing cost can be reduced, and the surface pressure of the metal covering portions 24, 25 and 26 can be increased to improve the sealing performance. In this case, the metal covering portions 24, 25, and 26 are formed in an annular shape along the openings 19a to 19d of the insulating gaskets 4A to 4C and the edges of the outer periphery, and the sealing performance is ensured over the entire periphery. Is preferred. That is, in the example of FIG. 7, only one row of rectangular frame-shaped metal coating portions 24 is formed, in the example of FIG. 8, the same rectangular frame-shaped metal coating portions 25 are formed, and in the example of FIG. Only one row of the metal-coated portions 26 is formed. Note that the embodiment of FIG. 9 has an advantage that the reliability is improved by the amount of thermal stress of the metal coating portion 26 being relaxed.

(第5実施形態:図10)図10の(a)は、本発明の第5実施形態にかかる燃料電池スタックを構成する一つの単電池の周縁部を拡大して示す断面図、また、(b)は、(a)の領域Jの拡大図である。なお、本実施形態にかかる燃料電池スタックは、上記第1実施形態と同様の構成要素を有している。よって、それら同様の構成要素については同じ符号を付すとともに、それらの詳細な説明を省略する。   (5th Embodiment: FIG. 10) (a) of FIG. 10 is sectional drawing which expands and shows the peripheral part of one single cell which comprises the fuel cell stack concerning 5th Embodiment of this invention, ( b) is an enlarged view of the region J of FIG. The fuel cell stack according to the present embodiment has the same components as those in the first embodiment. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態では、支持フレーム10Aを絶縁性ガスケットのコア部として構成している。また、(b)に示すように、金属被覆部18に当接するセパレータ3には、当該金属被覆部18に食い込む突状シール部22を構成している。この場合、支持フレーム10A(コア部)の材質は、強度およびシール性の観点から、例えば、厚さ100μmの3mol%イットリアを添加した部分安定化ジルコニア(3YSZ)とし、当該絶縁性ガスケット10Aの表面に銀(Ag)等の金属を主成分とする金属被覆部18を蒸着等で形成するのが好適である。かかる構成とすることで、部品点数を削減して製造コストを低減することができる上、燃料電池スタック全体として積層方向の高さを低くして小型軽量化を図ることができる。   In the present embodiment, the support frame 10A is configured as a core portion of an insulating gasket. Further, as shown in (b), the separator 3 that contacts the metal covering portion 18 includes a protruding seal portion 22 that bites into the metal covering portion 18. In this case, the material of the support frame 10A (core part) is, for example, partially stabilized zirconia (3YSZ) added with 3 mol% yttria having a thickness of 100 μm from the viewpoint of strength and sealing properties, and the surface of the insulating gasket 10A. In addition, it is preferable to form the metal coating 18 mainly composed of a metal such as silver (Ag) by vapor deposition or the like. With this configuration, the number of components can be reduced to reduce the manufacturing cost, and the height of the fuel cell stack as a whole can be reduced in the stacking direction to reduce the size and weight.

(第6実施形態:図11)図11の(a)は、本実施形態にかかる燃料電池スタックを構成する一つの単電池の周縁部を拡大して示す断面図、また、(b)は、(a)の領域Kの拡大図である。なお、本実施形態にかかる燃料電池スタックは、上記第1実施形態と同様の構成要素を有している。よって、それら同様の構成要素については同じ符号を付すとともに、それらの詳細な説明を省略する。   (6th Embodiment: FIG. 11) (a) of FIG. 11 is sectional drawing which expands and shows the peripheral part of one single cell which comprises the fuel cell stack concerning this embodiment, Moreover, (b) It is an enlarged view of the area | region K of (a). The fuel cell stack according to the present embodiment has the same components as those in the first embodiment. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態では、電解質部6Aを絶縁性ガスケットのコア部として構成している。また、(b)に示すように、金属被覆部18に当接するセパレータ3には、当該金属被覆部18に食い込む突状シール部22を構成している。この場合、電解質部6A(コア部)の材質は、強度およびシール性の観点から、例えば、厚さ100μmの3mol%イットリアを添加した部分安定化ジルコニア(3YSZ)とし、当該電解質部6Aの表面に銀(Ag)等の金属を主成分とする金属被覆部18を蒸着等で形成するのが好適である。かかる構成とすることで、部品点数を削減して製造コストを低減することができる上、燃料電池スタック全体として積層方向の高さを低くして小型軽量化を図ることができる。   In the present embodiment, the electrolyte portion 6A is configured as a core portion of an insulating gasket. Further, as shown in (b), the separator 3 that contacts the metal covering portion 18 includes a protruding seal portion 22 that bites into the metal covering portion 18. In this case, the material of the electrolyte part 6A (core part) is, for example, partially stabilized zirconia (3YSZ) added with 3 mol% yttria having a thickness of 100 μm from the viewpoint of strength and sealability, and is formed on the surface of the electrolyte part 6A. It is preferable to form the metal coating portion 18 mainly composed of a metal such as silver (Ag) by vapor deposition or the like. With this configuration, the number of components can be reduced to reduce the manufacturing cost, and the height of the fuel cell stack as a whole can be reduced in the stacking direction to reduce the size and weight.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に種々の改変を施すことができる。例えば、上記第1実施形態では、支持フレーム10の下面とその下側に位置するセパレータ3の上面との間に絶縁性ガスケット4を狭装した場合を例示したが、これに替えて、支持フレーム10の上面とその上側に位置するセパレータ3の下面との間(図1(c)の27)に絶縁性ガスケット4を狭装してもよい。また、上記実施形態では、本発明にかかる絶縁シール構造を、矩形の燃料電池セルを積層して燃料電池スタックに用いた場合について例示したが、矩形以外の燃料電池セルを積層した燃料電池スタックに用いることも勿論可能である。また、本発明は、炭酸溶融塩型、燐酸型等、他の形式の燃料電池スタックの絶縁シール構造としても実施可能であるし、熱電素子ユニットや電気部品パッケージ等、燃料電池スタック以外の絶縁シール構造として実施することも勿論可能である。本発明は、特に、高温環境下での絶縁シール構造に適しているが、高温環境下でなくとも効果が得られることは言うまでもない。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made to the above embodiments without departing from the scope of the invention. For example, in the first embodiment, the case where the insulating gasket 4 is narrowly disposed between the lower surface of the support frame 10 and the upper surface of the separator 3 positioned below the support frame 10 is illustrated. The insulating gasket 4 may be narrowed between the upper surface of 10 and the lower surface of the separator 3 positioned above (10 in FIG. 1C). In the above-described embodiment, the insulating seal structure according to the present invention is exemplified for the case where rectangular fuel cells are stacked and used in the fuel cell stack. However, the fuel cell stack in which fuel cells other than the rectangle are stacked is illustrated. Of course, it can be used. In addition, the present invention can be implemented as an insulating seal structure of other types of fuel cell stacks such as a carbonated molten salt type and a phosphoric acid type. Of course, it can also be implemented as a structure. The present invention is particularly suitable for an insulating seal structure under a high temperature environment, but it goes without saying that the effect can be obtained even under no high temperature environment.

本発明の実施形態にかかる燃料電池スタックの模式図(断面図)である。It is a schematic diagram (sectional view) of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態にかかる燃料電池スタックに含まれる燃料電池セルの模式図(平面図および断面図)である。It is the schematic diagram (a top view and sectional drawing) of the fuel cell included in the fuel cell stack concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態にかかる燃料電池スタックに含まれるセパレータの模式図(平面図および断面図)である。It is the schematic diagram (a top view and sectional drawing) of the separator contained in the fuel cell stack concerning the embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態にかかる燃料電池スタックに含まれる絶縁性ガスケットの模式図(平面図および断面図)である。It is the schematic diagram (a top view and sectional drawing) of the insulating gasket contained in the fuel cell stack concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態にかかる燃料電池スタックに含まれる絶縁性ガスケットの模式図(断面図)である。It is a schematic diagram (sectional drawing) of the insulating gasket contained in the fuel cell stack concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態にかかる燃料電池スタックに含まれる絶縁性ガスケットの模式図(断面図)である。It is a schematic diagram (sectional drawing) of the insulating gasket contained in the fuel cell stack concerning 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態にかかる燃料電池スタックに含まれる絶縁性ガスケットの一例を示す模式図(平面図および断面図)である。It is a schematic diagram (plan view and sectional view) showing an example of an insulating gasket included in a fuel cell stack according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態にかかる燃料電池スタックに含まれる絶縁性ガスケットの別の一例を示す模式図(平面図および断面図)である。It is a schematic diagram (plan view and sectional view) showing another example of the insulating gasket included in the fuel cell stack according to the fourth embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態にかかる燃料電池スタックに含まれる絶縁性ガスケットのさらに別の一例を示す模式図(平面図)である。It is a schematic diagram (top view) which shows another example of the insulating gasket contained in the fuel cell stack concerning 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態にかかる燃料電池スタックに含まれる燃料電池セルの模式図(断面図)である。It is a schematic diagram (cross-sectional view) of a fuel cell included in a fuel cell stack according to a fifth embodiment of the present invention. 本発明の第6実施形態にかかる燃料電池スタックに含まれる燃料電池セルの模式図(断面図)である。It is a schematic diagram (sectional drawing) of the fuel cell contained in the fuel cell stack concerning 6th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池スタック(燃料電池)
3,3A セパレータ(対向部材)
4,4A〜4C 絶縁性ガスケット
5 燃料電池セルアセンブリ
6 電解質部
6A 電解質部(コア部)
7 アノード極
8 カソード極
9 燃料電池セル
10 支持フレーム(対向部材)
10A 支持フレーム(コア部)
17 コア部
18,24,25,26 金属被覆部
22 突状シール部
23 シール部材
1 Fuel cell stack (fuel cell)
3,3A separator (opposing member)
4, 4A to 4C Insulating gasket 5 Fuel cell assembly 6 Electrolyte part 6A Electrolyte part (core part)
7 Anode electrode 8 Cathode electrode 9 Fuel cell 10 Support frame (opposing member)
10A Support frame (core part)
17 Core part 18, 24, 25, 26 Metal coating part 22 Protruding seal part 23 Seal member

Claims (19)

一対の対向部材間に絶縁性ガスケットを狭装し、当該対向部材間をシールするとともに絶縁する絶縁シール構造であって、
前記絶縁性ガスケットは、
絶縁材料を主成分とする材質からなるコア部と、
前記コア部の表面に蒸着によって形成され、対向部材に当接する金属被覆部と、
を備え
対向部材の表面の前記金属被覆部と当接する領域に、当該金属被覆部に食い込む凸状シール部を形成したことを特徴とする絶縁シール構造。
An insulating seal structure in which an insulating gasket is sandwiched between a pair of opposing members to seal and insulate between the opposing members,
The insulating gasket is
A core portion made of a material mainly composed of an insulating material;
A metal coating formed on the surface of the core by vapor deposition and in contact with the opposing member;
Equipped with a,
An insulating seal structure characterized in that a convex seal portion that bites into the metal coating portion is formed in a region that contacts the metal coating portion on the surface of the opposing member .
一対の対向部材間に絶縁性ガスケットを狭装し、当該対向部材間をシールするとともに絶縁する絶縁シール構造であって、
前記絶縁性ガスケットは、
絶縁材料を主成分とする材質からなるコア部と、
前記コア部の表面に蒸着によって形成され、対向部材に当接する金属被覆部と、
を備え、
前記金属被覆部と対向部材との間に、前記絶縁性ガスケットとは別のシール部材を狭装したことを特徴とする絶縁シール構造。
An insulating seal structure in which an insulating gasket is sandwiched between a pair of opposing members to seal and insulate between the opposing members,
The insulating gasket is
A core portion made of a material mainly composed of an insulating material;
A metal coating formed on the surface of the core by vapor deposition and in contact with the opposing member;
With
An insulating seal structure characterized in that a seal member different from the insulating gasket is sandwiched between the metal covering portion and the opposing member .
前記絶縁性ガスケットに、前記コア部が金属被覆部によって被覆されず対向部材に対向して露出する部分を形成したことを特徴とする請求項1または2に記載の絶縁シール構造。 The insulating seal structure according to claim 1 or 2 , wherein the insulating gasket is formed with a portion where the core portion is not covered by the metal covering portion and is exposed to face the opposing member. 前記絶縁材料として絶縁性セラミックを用いたことを特徴とする請求項1〜のうちいずれか一つに記載の絶縁シール構造。 Insulating sealing structure according to any one of claims 1-3, characterized in that an insulating ceramic as the insulating material. 前記絶縁材料としてマイカまたはセラミック繊維を用いたことを特徴とする請求項1〜のうちいずれか一つに記載の絶縁シール構造。 Insulating sealing structure according to any one of claims 1-3, characterized in that using a mica or ceramic fibers as the insulating material. 前記コア部を、絶縁材料としてのマイカに、シリコン樹脂およびガラスのうち少なくともいずれか一方を添加したものとして構成したことを特徴とする請求項に記載の絶縁シール構造。 6. The insulating seal structure according to claim 5 , wherein the core portion is configured by adding at least one of silicon resin and glass to mica as an insulating material. 前記コア部を成型し、所定の熱処理を施した後に、前記金属被覆部を形成したことを特徴とする請求項に記載の絶縁シール構造。 The insulating seal structure according to claim 6 , wherein the metal coating portion is formed after the core portion is molded and subjected to a predetermined heat treatment. 前記コア部を、絶縁材料としてのマイカを用いた層と、金属およびガラスのうち少なくとも一方の層とを積層したものとして構成したことを特徴とする請求項に記載の絶縁シール構造。 The insulating seal structure according to claim 5 , wherein the core portion is configured by laminating a layer using mica as an insulating material and at least one layer of metal and glass. 前記コア部を、絶縁材料としてのセラミック繊維に、ガラスおよびマイカのうち少なくともいずれか一方を添加したものとして構成したことを特徴とする請求項に記載の絶縁シール構造。 The insulating seal structure according to claim 5 , wherein the core portion is configured by adding at least one of glass and mica to ceramic fibers as an insulating material. 前記金属被覆部を、シール対象としての流体の温度より高い融点の材料を用いて構成したことを特徴とする請求項1〜のうちいずれか一つに記載の絶縁シール構造。 The insulating seal structure according to any one of claims 1 to 9 , wherein the metal covering portion is configured using a material having a melting point higher than a temperature of a fluid to be sealed. 前記金属被覆部の主成分を、アルミニウム、銀、金、白金、ニッケル、コバルト、タングステン、銅、マグネシウム、鉄、およびクロムのうちいずれかとしたことを特徴とする請求項1〜10のうちいずれか一つに記載の絶縁シール構造。 The main component of the metallization, aluminum, silver, gold, platinum, nickel, cobalt, any one of claims 1-10, characterized tungsten, copper, magnesium, iron, and that either of chromium The insulating seal structure according to one. 前記シール部材を金属により形成したことを特徴とする請求項に記載の絶縁シール構造。 The insulating seal structure according to claim 2 , wherein the seal member is made of metal. 前記シール部材の主成分を、アルミニウム、銀、金、白金、ニッケル、コバルト、タングステン、銅、マグネシウム、鉄、およびクロムのうちいずれかとしたことを特徴とする請求項12に記載の絶縁シール構造。 The insulating seal structure according to claim 12 , wherein a main component of the seal member is any one of aluminum, silver, gold, platinum, nickel, cobalt, tungsten, copper, magnesium, iron, and chromium. 一対の対向部材間に絶縁性ガスケットを狭装し、当該対向部材間をシールするとともに絶縁する絶縁シール構造であって、
前記絶縁性ガスケットは、
絶縁材料を主成分とする材質からなるコア部と、
前記コア部の表面に形成され、対向部材に当接する金属被覆部と、
を備え、
前記金属被覆部を多層構成とし、対向部材に近い層ほど、その熱膨張係数が対向部材の熱膨張係数に近くなるようにしたことを特徴とする絶縁シール構造。
An insulating seal structure in which an insulating gasket is sandwiched between a pair of opposing members to seal and insulate between the opposing members,
The insulating gasket is
A core portion made of a material mainly composed of an insulating material;
A metal cover formed on the surface of the core portion and in contact with the opposing member;
With
An insulating seal structure characterized in that the metal cover portion has a multi-layer structure, and a layer closer to the opposing member has a thermal expansion coefficient closer to that of the opposing member.
一対の対向部材間に絶縁性ガスケットを狭装し、当該対向部材間をシールするとともに絶縁する絶縁シール構造であって、
前記絶縁性ガスケットは、
絶縁材料を主成分とする材質からなるコア部と、
前記コア部の表面に形成され、対向部材に当接する金属被覆部と、
を備え、
前記金属被覆部を多層構成とし、対向部材に近い層ほど、その硬度を低くしたことを特徴とする絶縁シール構造。
An insulating seal structure in which an insulating gasket is sandwiched between a pair of opposing members to seal and insulate between the opposing members,
The insulating gasket is
A core portion made of a material mainly composed of an insulating material;
A metal cover formed on the surface of the core portion and in contact with the opposing member;
With
An insulating seal structure characterized in that the metal cover portion has a multilayer structure, and the hardness of the layer closer to the opposing member is lowered.
請求項1〜15のうちいずれか一つに記載の絶縁シール構造を、アノードガス、カソードガスまたは排気ガスをシールするとともに、アノード極とカソード極とを絶縁する絶縁シール構造として用いたことを特徴とする燃料電池。 The insulating seal structure according to any one of claims 1 to 15 is used as an insulating seal structure that seals anode gas, cathode gas, or exhaust gas, and insulates the anode electrode from the cathode electrode. A fuel cell. 対向部材のうち一方を、電解質部、アノード極およびカソード極を含む燃料電池セルを支持する支持フレームとし、かつ他方を、相互に隣接する二つの燃料電池セルを隔絶するセパレータとしたことを特徴とする請求項16に記載の燃料電池。 One of the opposing members is a support frame that supports a fuel cell including an electrolyte part, an anode electrode, and a cathode electrode, and the other is a separator that isolates two fuel cells adjacent to each other. The fuel cell according to claim 16 . 電解質部、アノード極およびカソード極を含む燃料電池セルを支持する支持フレームを前記絶縁性ガスケットとして構成したことを特徴とする請求項16に記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 16 , wherein a support frame that supports a fuel cell including an electrolyte part, an anode electrode, and a cathode electrode is configured as the insulating gasket. 電解質部、アノード極およびカソード極を含む燃料電池セルの当該電解質部を絶縁性ガスケットとして構成したことを特徴とする請求項16に記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 16 , wherein the electrolyte part of the fuel cell including the electrolyte part, the anode electrode and the cathode electrode is configured as an insulating gasket.
JP2004230851A 2004-08-06 2004-08-06 Insulating seal structure and fuel cell Expired - Fee Related JP4389718B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004230851A JP4389718B2 (en) 2004-08-06 2004-08-06 Insulating seal structure and fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004230851A JP4389718B2 (en) 2004-08-06 2004-08-06 Insulating seal structure and fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006049195A JP2006049195A (en) 2006-02-16
JP4389718B2 true JP4389718B2 (en) 2009-12-24

Family

ID=36027493

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004230851A Expired - Fee Related JP4389718B2 (en) 2004-08-06 2004-08-06 Insulating seal structure and fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4389718B2 (en)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007294184A (en) * 2006-04-24 2007-11-08 Toyota Motor Corp Sealing member for fuel cell
JP2008287969A (en) * 2007-05-16 2008-11-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Flat plate solid oxide fuel cell
JP2012506613A (en) * 2008-10-22 2012-03-15 ユーティーシー パワー コーポレイション Fuel cell seal
KR101289171B1 (en) * 2010-12-28 2013-07-26 주식회사 포스코 Planar Solid Oxide Fuel Cell Without Manifold Sealing
KR101184486B1 (en) 2011-01-12 2012-09-19 삼성전기주식회사 A sealing element for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell employing the same
FR2974401B1 (en) * 2011-04-22 2013-06-14 Commissariat Energie Atomique METALLIC SEAL SEAL WITH CERAMIC WAVE
JP2013257989A (en) * 2012-06-11 2013-12-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Solid oxide fuel cell
JP2014041704A (en) * 2012-08-21 2014-03-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Solid oxide fuel cell
JP5571748B2 (en) * 2012-08-27 2014-08-13 日本電信電話株式会社 Flat type solid oxide fuel cell
US9076998B2 (en) * 2012-09-12 2015-07-07 GM Global Technology Operations LLC Fuel-cell membrane-subgasket assemblies comprising coated subgaskets, and fuel-cell assemblies and fuel-cell stacks comprising the fuel-cell membrane subgasket assemblies
CA2897879C (en) 2013-01-21 2021-06-22 Flexitallic Investments, Inc. Gasket for fuel cells
JP6175410B2 (en) 2013-06-28 2017-08-02 日本特殊陶業株式会社 Fuel cell and manufacturing method thereof
JP7009828B2 (en) * 2017-08-10 2022-02-10 日産自動車株式会社 Insulation material used in fuel cell stacks and fuel cell stacks
JP7035367B2 (en) * 2017-08-10 2022-03-15 日産自動車株式会社 Fuel cell unit, fuel cell stack and fuel cell
JP7552073B2 (en) 2020-05-20 2024-09-18 日産自動車株式会社 solid oxide fuel cell
CN115241485B (en) * 2022-08-18 2024-06-07 中弗(无锡)新能源有限公司 Fuel cell metal connector with mechanical seal

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0349160A (en) * 1988-11-28 1991-03-01 Toshiba Corp Laminated fuel cell
JPH06302331A (en) * 1991-10-11 1994-10-28 Nkk Corp Fuel cell
JPH0737596A (en) * 1993-07-23 1995-02-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Flat plate type solid electrolyte electrolytic cell
JP2995604B2 (en) * 1993-07-30 1999-12-27 三洋電機株式会社 Gas seal material for solid electrolyte fuel cells
JPH08222245A (en) * 1994-12-13 1996-08-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Flat solid electrolyte fuel cell
JPH10199555A (en) * 1997-01-06 1998-07-31 Toho Gas Co Ltd Gas sealing structure of solid electrolyte fuel cell
JPH10321244A (en) * 1997-05-16 1998-12-04 Chubu Electric Power Co Inc Solid electrolyte fuel cell
JP3381555B2 (en) * 1997-06-05 2003-03-04 株式会社村田製作所 Solid oxide fuel cell
EP1312128B1 (en) * 2000-08-18 2010-03-24 Versa Power Systems, Ltd. High temperature gas seals
DE10236731A1 (en) * 2001-09-28 2003-04-30 Forschungszentrum Juelich Gmbh High temperature resistant seal
US20030096147A1 (en) * 2001-11-21 2003-05-22 Badding Michael E. Solid oxide fuel cell stack and packet designs
JP2004134218A (en) * 2002-10-10 2004-04-30 Nissan Motor Co Ltd Solid polymer fuel cell
JP2004220954A (en) * 2003-01-16 2004-08-05 Nissan Motor Co Ltd Cell plate for solid oxide fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006049195A (en) 2006-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4389718B2 (en) Insulating seal structure and fuel cell
KR100882561B1 (en) A Fuel Cell Gas Separator Plate
JP5198797B2 (en) Solid electrolyte fuel cell
JP4438295B2 (en) Fuel cell
JP5015491B2 (en) Current collection structure of fuel cell
JP5198799B2 (en) Solid electrolyte fuel cell
JP5023429B2 (en) Flat plate fuel cell
JP2015088294A (en) Terminal plate for fuel battery and fuel battery
WO2010079376A1 (en) Fuel cell and fabricating method thereof
JP4900364B2 (en) Fuel cell
JP2004273213A (en) Unit cell for fuel cells, its manufacturing method, and solid oxide fuel cell
US20110165494A1 (en) Fuel cell seal
JP2017517837A (en) Electrically insulating three-layer gasket for SFOC unit
JP2001015132A (en) Fuel cell
JP5016145B2 (en) Current collection structure of fuel cell
JP2007242279A (en) Solid electrolyte fuel cell stack, and method for fabrication thereof
JP4470474B2 (en) Solid oxide fuel cell
JP2005174716A (en) Solid electrolyte fuel cell
JP2008004427A (en) Fuel cell
JP6467002B2 (en) Cell stack device
JP6022368B2 (en) Fuel cell
JPH10302818A (en) Fuel cell
US8691467B2 (en) Metallic structures for solid oxide fuel cells
JP6185448B2 (en) Terminal plate and fuel cell for fuel cell
JP2013055072A (en) Solid electrolyte type fuel battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060925

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090326

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090331

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090527

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090623

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090818

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090915

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090928

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121016

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121016

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131016

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees