JP2007273098A - 燃料電池用ガスシール部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構成部品の熱変形により発生した引張り力や圧縮力が負荷されたとしても、優れたガスシール性及び接合性を維持することが可能である燃料電池用ガスシール部品及びその製造方法を提供する。
【解決手段】燃料電池におけるガスシールが必要な構成部品Ｓ１，Ｓ２間に配置するガスシール部品１であって、弾性を有するコア体２と、このコア体２を覆う金属箔から成る被覆膜３と、この被覆膜３の表面に形成されて構成部品Ｓ１，Ｓ２間において一方の構成部品Ｓ１及び他方の構成部品Ｓ２の双方に接合するガラス系接合材から成る接合層４を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池、特に高温で運転する燃料電池のガスシールが必要な構成部品間に配置するガスシール部品及びその製造方法に関するものである。

上記した高温で運転する燃料電池としては、単セルを保持したセル板や、セパレータ板や、フランジなどの構成部品を備えた固体電解質型燃料電池がある。このような固体電解質型燃料電池の場合、セル板及びセパレータ板の間や、セパレータ板及びフランジの間などの多くの構成部品間には、高温及び低温の環境下において、そして、酸化性及び還元性の雰囲気において、水素や天然ガスや空気などのガスがリークするのを阻止するガスシール性や十分な接合力や電気絶縁性が要求される。

近年、固体電解質型燃料電池の低温性能の向上に伴って、セパレータ板やフランジに金属材料、例えばフェライト系ステンレスを使用する傾向にあるが、このようにセパレータ板やフランジに金属材料を用いると、両者間の接合部分には、温度の昇降に伴って生じる金属材料の熱変形により大きな引張り力や圧縮力が負荷されることから、これに対応すべく、ガラス系接合材から成る燃料電池用ガスシール部品の開発が進められている。
特開２００２−２０３５８１号

ところが、上記したガラス系接合材から成る燃料電池用ガスシール部品において、接合力には優れているものの、ガラス系接合材が脆性材料であることから、金属材料の熱変形により発生した引張り力や圧縮力が、接合力に優れているが故にガラス系接合材に直接加わってしまい、ガラス系接合材自体に割れが生じてしまうという問題があった。

また、上記した燃料電池用ガスシール部品において、例えば、セパレータ板とフランジとの接合に用いる場合には、平面精度を高めたり平行度のばらつきを吸収したりする都合上、両者間に多量のガラス系接合材を充填して厚みのあるガラス層を形成する必要があり、このように、厚みのあるガラス層を形成すると、割れを生じる危険性が増してしまうという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、燃料電池におけるガスシールが必要な構成部品間に配置した場合において、構成部品の熱変形により発生した引張り力や圧縮力が負荷されたとしても、優れたガスシール性及び接合性を維持することが可能である燃料電池用ガスシール部品及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明の燃料電池用ガスシール部品は、燃料電池におけるガスシールが必要な構成部品間に配置するガスシール部品であって、弾性を有するコア体と、このコア体を覆う金属箔から成る被覆膜と、この被覆膜の表面に形成されて上記構成部品間において一方の構成部品及び他方の構成部品の双方に接合するガラス系接合材から成る接合層を備えた構成としたことを特徴としており、この燃料電池用ガスシール部品の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の燃料電池用ガスシール部品では、燃料電池におけるガスシールが必要な構成部品間に配置した場合において、ガラス系接合材から成る接合層が、ガスを透過しない金属箔から成る被覆膜の表面に形成してあるうえ、この接合層が、一方の構成部品及び他方の構成部品の双方に接合するので、構成部品間の優れたガスシール性及び接合性が確保されることとなる。

そして、一方の構成部品及び他方の構成部品に熱変形が生じて、この燃料電池用ガスシール部に引張り力や圧縮力が負荷された場合には、金属箔から成る被覆膜及び弾性を有するコア体がいずれも変形して引張り力や圧縮力を吸収するので、ガラス系接合材から成る接合層に割れが生じる可能性は少ないものとなり、したがって、優れたガスシール性及び接合性が維持されることとなる。

本発明によれば、上記した構成としているので、燃料電池におけるガスシールが必要な構成部品間に配置した場合において、構成部品間の優れたガスシール性及び接合性を確保することができるのは言うまでもなく、構成部品の熱変形により生じた引張り力や圧縮力が負荷されたとしても、優れたガスシール性及び接合性を維持することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の燃料電池用ガスシール部品において、弾性を有するコア体は、金属箔から成る被覆膜同士が接着することを防ぎつつ、接合層を介して被覆膜を構成部品に接合する際の押付け材として機能し、加えて、構成部品の平面精度及び平行度のばらつきを吸収するクッション材として機能する。

このように、コア体がクッション材として機能するので、ガラス系接合材から成る接合層を厚くする必要がないうえに、金属箔から成る被覆膜も構成部品に接合するのに必要最低限の厚さにまで薄くすることができ、その結果、ガラス系接合材から成る接合層が割れる懸念をほぼ払拭することができる。

本発明の燃料電池用ガスシール部品において、コア体が無機多孔質材から成っている構成とすることができ、製作上の観点からは、コア体が無機多孔質材であるセラミックス繊維集合体から成っている構成とすることがより好ましく、この際、セラミックス繊維の不織布としては、０．５〜１ｍｍの厚みのものを使用することが望ましい。

また、本発明の燃料電池用ガスシール部品において、被覆膜は、例えば、ステンレス製の金属箔から成るものとすることができ、構成部品間の接合部分における被覆膜の厚みは、経済性及び耐久性の観点から、１０〜３０μｍとすることが望ましい。このように、金属箔から成る被覆膜は、接合層を介して強固に構成部品に接合するが、薄くて変形し易いことから、構成部品の熱変形に柔軟に追従する。そして、この金属箔から成る被覆膜は、接合界面を形成する機能及びガス気密性を確保する隔壁の機能を有する。

本発明の燃料電池用ガスシール部品では、構成部品間に配置してガスシールした状態において、コア体のガス流通側に位置する端面及び反ガス流通側に位置する端面のうちのいずれか一方の端面を露出させた構成、すなわち、コア体のガス流通側に位置する端面及び反ガス流通側に位置する端面のうちのいずれか一方の端面を被覆膜で覆われない部分とする構成を採用することができる。この構成を採用すると、被覆膜で覆われたガスシール部品の内部に空気が溜まらないので、高温時における空気の熱膨張によるガスシール部品の変形を阻止し得ることとなる。

加えて、本発明の燃料電池用ガスシール部品では、構成部品間に配置してガスシールした状態において、被覆膜の隔壁として機能する部位、すなわち、柔軟性が要求されない部位を厚肉状隔壁部とした構成とすることができ、この場合には、酸化などに対する被覆膜の耐久性の向上が図られることとなる。

さらに、本発明の燃料電池用ガスシール部品において、被覆膜の表面に形成されて構成部品間で一方の構成部品及び他方の構成部品の双方に接合するガラス系接合材から成る接合層は、被覆膜及び構成部品に対してそれぞれ強固に接合するが、薄くて変形し易いことから、構成部品の熱変形に柔軟に追従する。

この際、構成部品（金属材に限定しない），接合層及び被覆膜の各構成材料の熱膨張率差が大きいと、接合層と構成部品との界面や、接合層と被覆膜との界面で割れが発生することから、構成部品，接合層及び被覆膜の各構成材料の熱膨張率差を一定値以下とする必要がある。

具体的には、金属箔から成る被覆膜と、ガラス系接合材から成る接合層との熱膨張率の差を２×１０^−６（ １／Ｋ）以下としたり、ガラス系接合材から成る接合層と、この接合層が接合する構成部品との熱膨張率の差を２×１０^−６（ １／Ｋ）以下としたりする必要があり、いずれの場合も、熱膨張率の差を１．５×１０^−６（ １／Ｋ）以下とすること望ましい。

上記したように、ガラス系接合材から成る接合層は薄くて変形し易いことから、構成部品の熱変形に柔軟に追従するが、例え追従し得る限界を越えて割れが生じた場合であったとしても、その割れ方向は接合層の層厚方向であると共に局所的であることから、接合力及びガスシール性能に大きな影響を及ぼすことはほとんどない。

この場合、構成部品の材質がステンレス等の金属材料であったとしても、本燃料電池用ガスシール部品において、電気絶縁性に優れたガラス系接合材から成る接合層を表面に有しているので、接合される構成部品間における電気絶縁性も確保することができ、接合層の層の厚味を１０〜５０μｍとすることで、十分な接合力及び絶縁性を確保し得る。

上記接合層に用いるガラス系接合材は、上記した熱膨張率の範囲内において選択することができるが、構成部品及び被覆膜の金属箔がフェライト系ステンレスである場合には、上記した熱膨張率の範囲内に含まれるガラスとして、バリウム酸化物・アルミナ・シリカ・カルシア系ガラスを選択して使用することが可能であり、具体的には、５２％ＢａＯ−３％Ａｌ_２Ｏ_３−３３ＳｉＯ_２−１２％ＣａＯ、４２％ＢａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−３５ＳｉＯ_２−９％ＣａＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−ＰｂＯ−Ｖ_２Ｏ_５、４３％ＢａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−３５ＳｉＯ_２−９％ＣａＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＰｂＯ−Ｖ_２Ｏ_５を選択して使用することが可能である。

本発明の燃料電池用ガスシール部品の好ましい一実施形態としては、コア体を無機多孔質材であるアルミナ繊維の不織布（厚み０．５〜１ｍｍ）とし、このコア体を覆う被覆膜をステンレス箔（厚み２０〜５０μｍ）とし、この被覆膜の表面に形成する接合層をＢａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＣａＯ系ガラス（厚み１０〜５０μｍ）とする構成を採用し得る。

上記した本発明の燃料電池用ガスシール部品を製造するに際しては、図１７に示すように、弾性を有するコア体を成形し、次いで、このコア体を金属箔から成る被覆膜で覆った後、この被覆膜の表面にガラス系接合材をスプレーなどを用いて吹き付けるのに続いて、焼き付けを行ってガラス系接合材から成る接合層を形成する構成を採用することができる。

そして、このようにして製造した燃料電池用ガスシール部品をガスシールが必要な構成部品間に配置してなる燃料電池を製造するに際しては、例えば、単セルを保持した構成部品であるセル板と、構成部品であるセパレータ板を備えた燃料電池を製造するに際しては、図１８に示すように、セル板及びセパレータ板の各接合面の脱脂を行い、次いで、これらのセル板及びセパレータ板間に、上記燃料電池用ガスシール部品を配置して互いに積層するのに続いて、積層方向に荷重を加えつつ焼き付けを行う構成を採用することができる。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
図１〜図３は、本発明の燃料電池用ガスシール部品の一実施例を示しており、図２に示すように、この燃料電池用ガスシール部品１は全体でリング状を成しており、図１に示すように、弾性を有するコア体２と、このコア体２を覆う金属箔から成る被覆膜３と、この被覆膜３の表面に形成されて構成部品Ｓ１，Ｓ２間において一方の構成部品Ｓ１及び他方の構成部品Ｓ２の双方に接合するガラス系接合材から成る接合層４を備えている。

この実施例において、コア体２を無機多孔質材であるアルミナ−シリカ繊維の不織布（厚み１ｍｍ）とし、このコア体２を覆う被覆膜３をフェライト系ステンレス箔（ＳＵＳ４３０：厚み３０μｍ）とし、この被覆膜３の表面に形成する接合層４を５２％ＢａＯ−３％Ａｌ_２Ｏ_３−３３ＳｉＯ_２−１２％ＣａＯ系ガラス（厚み３０μｍ）とした。

この燃料電池用ガスシール部品１の製造に際しては、まず、粒径約１０μｍのガラス粉末をバインダとして、エチルセルロース溶剤として酢酸ブチルとともにガラススラリーを作製した。次いで、このガラススラリーをフェライト系ステンレス箔の片面にスプレーコートするのに続いて、大気中において９００℃で１５分間熱処理して、フェライト系ステンレス箔の表面に厚さ３０μｍの接合層４を形成した。この後、接合層４が形成されたフェライト系ステンレス箔である被覆膜３をガラスコート面が外側となるようにしてアルミナ−シリカ繊維の不織布であるコア体２に被覆して端部を圧着させた。

上記した燃料電池用ガスシール部品１により接合する構成部品Ｓ１，Ｓ２には、板厚 ４ｍｍのリング状を成すフェライト系ステンレス（ＳＵＳ４３０）板を使用し、一方の構成部品Ｓ１は、その中心に貫通孔Ｓ１ａを有するものとした。

そこで、構成部品Ｓ１，Ｓ２間に上記した燃料電池用ガスシール部品１を挟み込み、３００ｇ／ｃｍ^２の荷重を加えつつ、大気中において９００℃で１５分間加熱して、２枚の構成部品Ｓ１，Ｓ２を接合してテストピースを製作した。

そして、図３に示すように、水素ガスが供給される上シリンダ１０と、水素検知器１２を具備した下シリンダ１１を備えた水素透過試験の上下シリンダ１０，１１間に対して、貫通孔Ｓ１ａを有する一方の構成部品Ｓ１を上方に位置させた状態でテストピースをセットし、室温及び７００℃の各環境化において、上シリンダ１０側に水素ガスを供給して、下シリンダ１１の水素検知器１２で水素ガスの透過（リーク）を検知する試験を行った。その結果、室温及び７００℃のいずれの環境下においても水素の透過は検知されなかった。また、この試験を５０回繰り返した後も水素の透過はなく、ガラス系接合材から成る接合層４には全く割れが生じなかった。

このように、上記した燃料電池用ガスシール部品１では、構成部品Ｓ１，Ｓ２間に配置した場合において、ガラス系接合材から成る接合層４が、ガスを透過しない金属箔から成る被覆膜３の表面に形成してあるうえ、この接合層４が、一方の構成部品Ｓ１及び他方の構成部品Ｓ２の双方に接合するので、構成部品Ｓ１，Ｓ２間の優れたガスシール性及び接合性が確保されることとなる。

そして、一方の構成部品Ｓ１及び他方の構成部品Ｓ２に熱変形が生じて、その接合部分に引張り力や圧縮力が負荷された場合であったとしても、図１（ｂ）に示すように、金属箔から成る被覆膜３及び弾性を有するコア体２がいずれも変形して引張り力や圧縮力を吸収するので、ガラス系接合材から成る接合層４に割れが生じる可能性は少ないものとなり、したがって、優れたガスシール性及び接合性が維持されることとなる。

［実施例２］
本発明の他の実施例による燃料電池用ガスシール部品１では、その製造に際して、上記ガラススラリーをフェライト系ステンレス箔の片面にスプレーコートするのに続いて、大気中において３５０℃で１５分間熱処理して、バンインダを焼失させるようにしており、他の構成は先の実施例による燃料電池用ガスシール部品１と同じである。

この実施例においても、先の実施例と同じテストピースを製作して、水素透過試験を用いて同様の試験を同じ回数行ったところ、室温及び７００℃のいずれの環境下においても水素の透過はなく、ガラス系接合材から成る接合層４には全く割れが生じなかった。

［実施例３］
図４は、本発明のさらに他の実施例による燃料電池用ガスシール部品２１を示しており、この実施例における燃料電池用ガスシール部品２１が、先の実施例による燃料電池用ガスシール部品１と相違するところは、構成部品Ｓ１，Ｓ２間に配置してガスシールした状態において、コア２体の反ガス流通側（図示左側）に位置する端面２ａを露出させるようにした点にあり、他の構成は先の実施例による燃料電池用ガスシール部品１と同じである。

この燃料電池用ガスシール部品２１では、その製造に際して、接合層４が形成されたフェライト系ステンレス箔である被覆膜３をガラスコート面が外側となるようにしてアルミナ−シリカ繊維の不織布であるコア体２に被覆して端部を部分的に圧着させた。

この実施例においても、先の実施例と同じテストピースを製作して、水素透過試験を用いて同様の試験を同じ回数行ったところ、室温及び７００℃のいずれの環境下においても水素の透過はなく、ガラス系接合材から成る接合層４には全く割れが生じなかった。

この実施例における燃料電池用ガスシール部品２１においても、構成部品Ｓ１，Ｓ２間に配置した場合において、優れたガスシール性及び接合性が確保され、一方の構成部品Ｓ１及び他方の構成部品Ｓ２に熱変形が生じて、その接合部分に引張り力や圧縮力が負荷された場合であったとしても、優れたガスシール性及び接合性が維持されることとなり、加えて、被覆膜３で覆われたガスシール部品２１内部に空気が溜まらないので、高温時における空気の熱膨張によるガスシール部品２１自体の変形を阻止し得ることとなる。

［実施例４］
図５及び図６は、本発明のさらに他の実施例による燃料電池用ガスシール部品３１を示しており、図５に示すように、この実施例における燃料電池用ガスシール部品３１が、先の実施例による燃料電池用ガスシール部品２１と相違するところは、コア２体の露出させた端面２ａとは反対側（図示右側）に位置する端面２ｂを覆って被覆膜３の隔壁として機能する部位、すなわち、柔軟性が要求されない部位を厚肉状隔壁部３ａ（厚さ１ｍｍの隔壁部３ａ）とした点にあり、他の構成及び製造方法は先の実施例による燃料電池用ガスシール部品２１と同じである。

この燃料電池用ガスシール部品３１では、図６に示すように、構成部品Ｓ１，Ｓ２間をガスシールした状態において、被覆膜３の厚肉状隔壁部３ａが構成部品Ｓ１，Ｓ２間に位置しないようにして配置してあり、この場合には、酸化などに対する被覆膜３の耐久性の向上が図られることとなる。

この実施例においても、先の実施例と同じテストピースを製作して、水素透過試験を用いて同様の試験を同じ回数行ったところ、室温及び７００℃のいずれの環境下においても水素の透過はなく、ガラス系接合材から成る接合層４には全く割れが生じなかった。

［実施例５］
図７及び図８は、本発明のさらに他の実施例による燃料電池用ガスシール部品４１を示している。図７に示すように、この実施例における燃料電池用ガスシール部品４１は全体で矩形枠状を成しており、構成及び製造方法は先の実施例による燃料電池用ガスシール部品１と同じである。

この実施例では、図８に示すように、矩形状を成すフェライト系ステンレス（ＳＵＳ４３０）製のセル板及びセパレータ板を構成部品Ｓ１，Ｓ２とし、これらの構成部品Ｓ１，Ｓ２間に上記した燃料電池用ガスシール部品４１を挟み込むようにして接合し、これらの構成部品Ｓ１，Ｓ２及び燃料電池用ガスシール部品４１を１５段積層してスタック構造体を製作した。この際、各部品Ｓ１，Ｓ２，４１はいずれも実施例１と同じ要領で接着した。

そこで、室温及び７００℃の各環境化において、このスタック構造体に形成した水素ガス供給孔Ｈａ及び空気供給孔Ｏａから水素ガス及び空気をそれぞれ供給すると共に、水素ガス排出孔Ｈｂ及び空気排出孔Ｏｂから水素ガス及び空気をそれぞれ排出させ、水素検知器で排出空気中の水素ガスを検知する水素透過試験を行った。その結果、室温及び７００℃のいずれの環境下においても水素ガスの透過は検知されなかった。また、この試験を５０回繰り返した後も水素ガスの透過はなく、ガラス系接合材から成る接合層４には全く割れが生じなかった。

［実施例６］
図９及び図１０は、本発明のさらに他の実施例による燃料電池用ガスシール部品５１を示している。図９に示すように、この実施例における燃料電池用ガスシール部品５１は全体で円盤形状を成しており、構成及び製造方法は先の実施例による燃料電池用ガスシール部品１と同じである。

この実施例では、図１０に示すように、円盤形状を成すフェライト系ステンレス（ＳＵＳ４３０）製のセル板及びセパレータ板を構成部品Ｓ１，Ｓ２とし、これらの構成部品Ｓ１，Ｓ２間に上記した燃料電池用ガスシール部品５１を挟み込むようにして接合し、これらの構成部品Ｓ１，Ｓ２及び燃料電池用ガスシール部品５１を１５段積層してスタック構造体を製作した。この際、各部品Ｓ１，Ｓ２，５１はいずれも実施例１と同じ要領で接着した。

そこで、室温及び７００℃の各環境化において、このスタック構造体に形成した水素ガス供給孔Ｈａから水素ガスを供給すると共に、水素ガス排出孔Ｈｂから水素ガスを排出させ、水素検知器で構成部品Ｓ１，Ｓ２間を通過させた排出空気中の水素ガスを検知する水素透過試験を行った。その結果、室温及び７００℃のいずれの環境下においても水素ガスの透過は検知されなかった。また、この試験を５０回繰り返した後も水素ガスの透過はなく、ガラス系接合材から成る接合層４には全く割れが生じなかった。

［実施例７］
図１１〜図１３は、本発明のさらに他の実施例による燃料電池用ガスシール部品６１を示している。図１１に示すように、この実施例における燃料電池用ガスシール部品６１は全体で矩形枠状を成しており、コア体２を無機多孔質材であるアルミナ−シリカ繊維の不織布（厚み０．５ｍｍ）としたことを除いた他の構成及び製造方法は先の実施例による燃料電池用ガスシール部品１と同じである。

この実施例では、図１２及び図１３に示すように、矩形状を成すフェライト系ステンレス（ＳＵＳ４３０）製のセル板を構成部品Ｓ１とし、燃料極基板Ｓ２ａ，電解質層Ｓ２ｂ（ＹＳＺ膜）及び空気極層Ｓ２ｃを積層して成る平板状の燃料極支持型セルを構成部品Ｓ２とし、セル板（構成部品Ｓ１）と、燃料極支持型セルの電解質層Ｓ２ｂ（構成部品Ｓ２）との間に、上記した燃料電池用ガスシール部品６１を挟み込み、３００ｇ／ｃｍ^２の荷重を加えつつ、大気中において９００℃で１５分間加熱して、テストピースを製作した。この際、セル板（構成部品Ｓ１）及び燃料極支持型セルの電解質層Ｓ２ｂ（構成部品Ｓ２）の熱膨張率差を０．５×１０^−６（ １／Ｋ）以下とした。

そして、このテストピースに対して、上記した水素透過試験を用いて先の実施例と同様の試験を同じ回数行ったところ、室温及び７００℃のいずれの環境下においても水素の透過はなく、ガラス系接合材から成る接合層４には全く割れが生じなかった。

［実施例８］
図１４〜図１６は、本発明のさらに他の実施例による燃料電池用ガスシール部品７１を示している。図１４に示すように、この実施例における燃料電池用ガスシール部品７１は全体で円環状を成しており、他の構成及び製造方法は先の実施例による燃料電池用ガスシール部品１と同じである。

この実施例では、図１５及び図１６に示すように、管状を成すフェライト系ステンレス（ＳＵＳ４３０）製のセル板を構成部品Ｓ１とし、燃料極基板Ｓ２ａ，電解質層Ｓ２ｂ（ＹＳＺ膜）及び空気極層Ｓ２ｃを積層して成る円筒状の燃料極支持型セルを構成部品Ｓ２とし、セル板（構成部品Ｓ１）と、燃料極支持型セルの電解質層Ｓ２ｂ（構成部品Ｓ２）との間に、上記した燃料電池用ガスシール部品７１を挟み込み、３００ｇ／ｃｍ^２の荷重を加えつつ、大気中において９００℃で１５分間加熱して、構成部品Ｓ１，Ｓ２を接合した。この際、セル板及び燃料極支持型セルの電解質層Ｓ２ｂの熱膨張率差を０．５×１０^−６（ １／Ｋ）以下とした。

そこで、室温及び７００℃の各環境化において、上記円筒状燃料極支持型セルＳ２の燃料極基板Ｓ２ａが位置する内側に水素ガスを供給して、空気極層Ｓ２ｃが位置する外側に透過する水素ガスを検知する水素透過試験を行った。その結果、室温及び７００℃のいずれの環境下においても水素ガスの透過は検知されなかった。また、この試験を５０回繰り返した後も水素ガスの透過はなく、ガラス系接合材から成る接合層４には全く割れが生じなかった。

［比較例１］
そこで、実施例３と同じ形態を成し、且つ、コア体を無機多孔質材であるアルミナ−シリカ繊維の不織布（厚み１ｍｍ）とし、このコア体を覆う被覆膜をニッケル箔（厚み３０μｍ）とし、この被覆膜の表面に形成する接合層を５２％ＢａＯ−３％Ａｌ_２Ｏ_３−３３ＳｉＯ_２−１２％ＣａＯ系ガラス（厚み３０μｍ）とする比較例１の燃料電池用ガスシール部品を、実施例３と同じ方法で製造した。

この比較例１の燃料電池用ガスシール部品に対しても、上記した水素透過試験を用いて同様の試験を行ったところ、室温及び７００℃のいずれの環境下においても水素の透過はなかったが、この試験を５回繰り返した後では水素の透過が発生し、ガラス系接合材から成る接合層に極僅かにではあるが割れが発生していた。

この比較例１において、被覆膜に用いたニッケル箔と、接合層に用いたガラス系接合材との熱膨張率の差が、１．５×１０^−６［１／Ｋ］以上あったために、具体的には、３．５×１０^−６［１／Ｋ］程度あったために、ガラス系接合材から成る接合層に割れが生じたと考えられ、したがって、 金属箔から成る被覆膜と、ガラス系接合材から成る接合層との熱膨張率の差を２×１０^−６（ １／Ｋ）以下とすることで、望ましくは、１．５×１０^−６（ １／Ｋ）以下とすることで、耐久性のあるガスシール性が得られることが立証できた。

［比較例２］
また、実施例３と同じ形態を成し、且つ、コア体を無機多孔質材であるアルミナ−シリカ繊維の不織布（厚み１ｍｍ）とし、このコア体を覆う被覆膜をフェライト系ステンレス箔（ＳＵＳ４３０：厚み３０μｍ）とし、この被覆膜の表面に形成する接合層を５２％ＢａＯ−３％Ａｌ_２Ｏ_３−３３ＳｉＯ_２−１２％ＣａＯ系ガラス（厚み６０μｍ）とする比較例２の燃料電池用ガスシール部品を、実施例３と同じ方法で製造した。

この比較例２の燃料電池用ガスシール部品に対しても、上記した水素透過試験を用いて同様の試験を行ったところ、室温及び７００℃のいずれの環境下においても水素の透過はなかったが、この試験を２回繰り返した後では水素の透過が発生し、ガラス系接合材から成る接合層に層厚方向の割れが発生していた。

この比較例２において、ガラス系接合材から成る接合層の厚みが６０μｍであったために、層厚方向の割れが生じたと考えられ、したがって、接合層の層の厚味を１０〜５０μｍとすれば、十分な接合力及び絶縁性を確保したうえで、耐久性のあるガスシール性が得られることが立証できた。

［比較例３］
さらに、実施例３と同じ形態を成し、且つ、コア体を無機多孔質材であるアルミナ−シリカ繊維の不織布（厚み１ｍｍ）とし、このコア体を覆う被覆膜をフェライト系ステンレス箔（ＳＵＳ４３０：厚み３０μｍ）とし、この被覆膜の表面に形成する接合層を５２％ＢａＯ−３％Ａｌ_２Ｏ_３−３３ＳｉＯ_２−１２％ＣａＯ系ガラス（厚み１０μｍ弱）とする比較例３の燃料電池用ガスシール部品を、実施例３と同じ方法で製造した。

この比較例３の燃料電池用ガスシール部品に対しても、上記した水素透過試験を用いて同様の試験を行ったところ、室温及び７００℃のいずれの環境下においても水素の透過が発生し、ガラス系接合材から成る接合層が部分的に欠落していて、電気絶縁性も不十分であった。

この比較例３において、ガラス系接合材から成る接合層の厚みが１０μｍ弱であったために、局所的に薄くなったと考えられ、したがって、上述したように、接合層の層の厚味を１０〜５０μｍとすれば、十分な接合力及び絶縁性を確保したうえで、耐久性のあるガスシール性が得られることが立証できた。

［比較例４］
さらにまた、実施例３と同じ形態を成し、且つ、コア体を無機多孔質材であるアルミナ−シリカ繊維の不織布（厚み１ｍｍ）とし、このコア体を覆う被覆膜をフェライト系ステンレス箔（ＳＵＳ４３０：厚み５０μｍ）とし、この被覆膜の表面に形成する接合層を５２％ＢａＯ−３％Ａｌ_２Ｏ_３−３３ＳｉＯ_２−１２％ＣａＯ系ガラス（厚み３０μｍ）とする比較例４の燃料電池用ガスシール部品を、実施例３と同じ方法で製造した。

この比較例４の燃料電池用ガスシール部品に対しても、上記した水素透過試験を用いて同様の試験を行ったところ、室温及び７００℃のいずれの環境下においても水素の透過はなかったが、この試験を５回繰り返した後では水素の透過が発生し、ガラス系接合材から成る接合層に層厚方向の割れが発生していた。

この比較例４において、フェライト系ステンレス箔から成る被覆膜の厚みが５０μｍであったために、箔としての柔軟性が低下して被覆膜の剛性が高くなったと考えられ、したがって、被覆膜の厚みを１０〜３０μｍとすれば、構成部品の熱変形に柔軟に追従し得ることとなって、耐久性のあるガスシール性が得られることが立証できた。

［比較例５］
さらにまた、実施例３と同じ形態を成し、且つ、コア体を無機多孔質材であるアルミナ−シリカ繊維の不織布（厚み１ｍｍ）とし、このコア体を覆う被覆膜をフェライト系ステンレス箔（ＳＵＳ４３０：厚み１０μｍ弱）とし、この被覆膜の表面に形成する接合層を５２％ＢａＯ−３％Ａｌ_２Ｏ_３−３３ＳｉＯ_２−１２％ＣａＯ系ガラス（厚み３０μｍ）とする比較例５の燃料電池用ガスシール部品を、実施例３と同じ方法で製造した。

この比較例５の燃料電池用ガスシール部品に対しても、上記した水素透過試験を用いて同様の試験を行ったところ、室温及び７００℃のいずれの環境下においても水素の透過はなかったが、この試験を２３回繰り返した後では水素の透過が発生し、この際、ガラス系接合材から成る接合層には不具合は発生しなかった。

この比較例５において、フェライト系ステンレス箔から成る被覆膜の厚みが１０μｍ弱であったために、箔から成る被覆膜に熱変形の繰り返しによる疲労破壊（亀裂）が生じたと考えられ、したがって、上述したように、被覆膜の厚みを１０〜３０μｍとすれば、構成部品の熱変形に柔軟に追従し得ることとなって、耐久性のあるガスシール性が得られることが立証できた。

上記したように、各実施例の燃料電池用ガスシール部品１，２１，３１，４１，５１，６１，７１が、いずれも優れたガスシール性を有していることが実証でき、そして、一方の構成部品Ｓ１及び他方の構成部品Ｓ２に熱変形が生じて、その接合部分に引張り力や圧縮力が負荷された場合であったとしても、優れたガスシール性及び接合性が維持されることが実証できた。

本発明の一実施例による燃料電池用ガスシール部品を構成部品間に配置した状態の断面説明図（ａ）及び構成部品の変形に追従している状態の断面説明図（ｂ）である。（実施例１） 図１における燃料電池用ガスシール部品と構成部品との位置関係を示す分解斜視説明図である。（実施例１） 図１における燃料電池用ガスシール部品を水素透過試験機にセットした状態の断面説明図である。（実施例１） 本発明の他の実施例による燃料電池用ガスシール部品を構成部品間に配置した状態の断面説明図である。（実施例３） 本発明のさらに他の実施例による燃料電池用ガスシール部品の断面説明図である。（実施例４） 図５における燃料電池用ガスシール部品を構成部品間に配置した状態の断面説明図である。（実施例４） 本発明のさらに他の実施例による燃料電池用ガスシール部品の平面説明図（ａ）及び断面説明図（ｂ）である。（実施例５） 図７における燃料電池用ガスシール部品を構成部品間に配置して燃料電池スタック構造体を製作する要領を示す分解斜視説明図である。（実施例５） 本発明のさらに他の実施例による燃料電池用ガスシール部品の平面説明図（ａ）及び断面説明図（ｂ）である。（実施例６） 図９における燃料電池用ガスシール部品と構成部品との位置関係を示す分解斜視説明図である。（実施例６） 本発明のさらに他の実施例による燃料電池用ガスシール部品の平面説明図（ａ）及び断面説明図（ｂ）である。（実施例７） 図１１における燃料電池用ガスシール部品を構成部品間に配置した状態の断面説明図である。（実施例７） 図１２に示した構成部品である平板タイプの燃料極支持型セルの斜視説明図である。（実施例７） 本発明のさらに他の実施例による燃料電池用ガスシール部品の横断面説明図（ａ）及び縦断面説明図（ｂ）である。（実施例８） 図１４における燃料電池用ガスシール部品を構成部品間に配置した状態の断面説明図である。（実施例８） 図１５に示した構成部品である円筒タイプの燃料極支持型セルの断面説明図である。（実施例８） 本発明の燃料電池用ガスシール部品の製造工程説明図である。 本発明の燃料電池用ガスシール部品による構成部品接合工程説明図である。

符号の説明

１，２１，３１，４１，５１，６１，７１ 燃料電池用ガスシール部品
２ コア体
３ 被覆膜
４ 接合層
Ｓ１，Ｓ２ 構成部品

Claims (13)

1. 燃料電池におけるガスシールが必要な構成部品間に配置するガスシール部品であって、弾性を有するコア体と、このコア体を覆う金属箔から成る被覆膜と、この被覆膜の表面に形成されて上記構成部品間において一方の構成部品及び他方の構成部品の双方に接合するガラス系接合材から成る接合層を備えたことを特徴とする燃料電池用ガスシール部品。
2. 金属箔から成る被覆膜と、ガラス系接合材から成る接合層との熱膨張率の差を２×１０^−６（ １／Ｋ）以下とした請求項１に記載の燃料電池用ガスシール部品。
3. ガラス系接合材から成る接合層と、この接合層が接合する構成部品との熱膨張率の差を２×１０^−６（ １／Ｋ）以下とした請求項１又は２に記載の燃料電池用ガスシール部品。
4. 金属箔から成る被覆膜の厚みを１０〜３０μmとした請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の燃料電池用ガスシール部品。
5. ガラス系接合材から成る接合層の厚みを１０〜５０μmとした請求項１〜４のいずれか一つの項に記載の燃料電池用ガスシール部品。
6. 構成部品間に配置してガスシールした状態において、コア体のガス流通側に位置する端面及び反ガス流通側に位置する端面のうちのいずれか一方の端面を露出させた請求項１〜５のいずれか一つの項に記載の燃料電池用ガスシール部品。
7. 構成部品間に配置してガスシールした状態において、被覆膜の隔壁として機能する部位を厚肉状隔壁部とした請求項１〜６のいずれか一つの項に記載の燃料電池用ガスシール部品。
8. コア体が無機多孔質材から成っている請求項１〜７のいずれか一つの項に記載の燃料電池用ガスシール部品。
9. コア体が無機多孔質材であるセラミックス繊維集合体から成っている請求項８に記載の燃料電池用ガスシール部品。
10. 被覆膜がステンレス製の金属箔から成っている請求項１〜９のいずれか一つの項に記載の燃料電池用ガスシール部品。
11. 請求項１〜１０のいずれかの燃料電池用ガスシール部品を製造するに際して、弾性を有するコア体を金属箔から成る被覆膜で覆った後、この被覆膜の表面にガラス系接合材から成る接合層を形成することを特徴とする燃料電池用ガスシール部品の製造方法。
12. ガスシールを必要とする構成部品間に、請求項１〜１０のいずれかの燃料電池用ガスシール部品を配置してあることを特徴とする燃料電池。
13. 単セルを保持した構成部品であるセル板と、構成部品であるセパレータ板を備えた燃料電池を製造するに際して、セル板及びセパレータ板間に、請求項１〜１０のいずれかの燃料電池用ガスシール部品を配置して互いに積層することを特徴とする燃料電池の製造方法。

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