JP4389718B2 - Insulating seal structure and fuel cell - Google Patents
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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)。
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
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(Y2O3)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,
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
(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
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
(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
(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
(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
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
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
7
10A Support frame (core part)
17
Claims (19)
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 .
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.
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.
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