JP2006049195A - 絶縁シール構造および燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 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。
【解決手段】 支持フレーム１０とセパレータ３との間に絶縁性ガスケット４を狭装し、これらの間をシールするとともに絶縁する絶縁シール構造について、絶縁性ガスケット４を、絶縁材料を主成分とする材質からなるコア部１７と、コア部１７の表面および裏面に形成されて支持フレーム１０およびセパレータ３にそれぞれ当接する金属被覆部１８と、を備えるものとして構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、絶縁シール構造および燃料電池に関する。

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。

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。

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。

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）

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。

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。

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形成され、対向部材に当接する金属被覆部と、を備えることを最も主要な特徴とする。

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。

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。

（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。

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。

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。

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_２Ｏ_３）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

符号の説明

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

Claims (22)

1. 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、
   を備えることを特徴とする絶縁シール構造。
2. 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に記載の絶縁シール構造。
3. 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請求項１または２に記載の絶縁シール構造。
4. 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請求項１または２に記載の絶縁シール構造。
5. 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１〜４のうちいずれか一つに記載の絶縁シール構造。
6. 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１〜４のうちいずれか一つに記載の絶縁シール構造。
7. 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６に記載の絶縁シール構造。
8. 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７に記載の絶縁シール構造。
9. 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６に記載の絶縁シール構造。
10. 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６に記載の絶縁シール構造。
11. 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１〜１０のうちいずれか一つに記載の絶縁シール構造。
12. 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１〜１１のうちいずれか一つに記載の絶縁シール構造。
13. 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請求項１〜１２のうちいずれか一つに記載の絶縁シール構造。
14. 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請求項１〜１３のうちいずれか一つに記載の絶縁シール構造。
15. 前記金属被覆部をＰＶＤ法により形成したことを特徴とする請求項１〜１４のうちいずれか一つに記載の絶縁シール構造。
16. 前記金属被覆部をメッキ法により形成したことを特徴とする請求項１〜１５のうちいずれか一つに記載の絶縁シール構造。
17. 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４に記載の絶縁シール構造。
18. 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１７に記載の絶縁シール構造。
19. 請求項１〜１８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。
20. 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１９に記載の燃料電池。
21. 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１９に記載の燃料電池。
22. 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１９に記載の燃料電池。

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