JP2013246887A - Insulation sealing structure, formation method thereof, and fuel cell stack structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、絶縁シール構造、その形成方法及び燃料電池スタック構造体に関する。更に詳細には、本発明は、優れたガスシール性及び電気絶縁性を発揮し得る絶縁シール構造、その形成方法及び燃料電池スタック構造体に関する。 The present invention relates to an insulating seal structure, a method for forming the same, and a fuel cell stack structure. More specifically, the present invention relates to an insulating seal structure capable of exhibiting excellent gas sealing properties and electrical insulation, a method for forming the same, and a fuel cell stack structure.
従来、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して、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が提案されている(特許文献1参照。)。 Conventionally, in order to obtain an insulating seal structure that more reliably seals and insulates between two members facing each other, an insulating gasket is sandwiched between a pair of facing members and the space between the facing members is sealed. In addition, an insulating seal structure for insulating is proposed (see Patent Document 1).
この絶縁シール構造は、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ている。 The insulating seal structure includes a core portion made of a material whose main component is an insulating material, and a metal covering portion that is formed on the surface of the core portion by vapor deposition and abuts against a facing member, and is opposed to the metal covering portion. A sealing member different from the insulating gasket is sandwiched between the members.
しかしながら、本発明者らが検討したところ、上記特許文献1に記載された絶縁シール構造であっても、長期運転における電気絶縁性について改善の余地があった。 However, when the present inventors examined, even with the insulating seal structure described in Patent Document 1, there was room for improvement in electrical insulation in long-term operation.
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、その目的とするところは、優れたガスシール性及び電気絶縁性を発揮し得る絶縁シール構造、その形成方法及び燃料電池スタック構造体を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art. An object of the present invention is to provide an insulating seal structure capable of exhibiting excellent gas sealability and electrical insulation, a method for forming the same, and a fuel cell stack structure.
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、一方の対向部材側に位置する絶縁層と、他方の対向部材側に位置する金属シール層と、該絶縁層と該金属シール層との間に位置する金属拡散抑制層とを有する絶縁シール構造を形成することなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention have made extensive studies in order to achieve the above object. As a result, an insulation having an insulating layer located on one opposing member side, a metal seal layer located on the other opposing member side, and a metal diffusion suppression layer located between the insulating layer and the metal seal layer The inventors have found that the above object can be achieved by forming a seal structure, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明の絶縁シール構造は、燃料電池スタック構造体における一対の対向部材の間に形成され、該一対の対向部材の間をガスシールすると共に電気絶縁する。そして、本発明の絶縁シール構造においては、一方の対向部材側に位置する絶縁層と、他方の対向部材側に位置する金属シール層と、該絶縁層と該金属シール層との間に位置する金属拡散抑制層とを有する。 That is, the insulating seal structure of the present invention is formed between a pair of opposing members in the fuel cell stack structure, and gas-seals and electrically insulates between the pair of opposing members. In the insulating seal structure of the present invention, the insulating layer located on one opposing member side, the metal sealing layer located on the other opposing member side, and the insulating layer and the metallic sealing layer are located. A metal diffusion suppression layer.
また、本発明の燃料電池スタック構造体は、上記本発明の絶縁シール構造を備える。 The fuel cell stack structure according to the present invention includes the insulating seal structure according to the present invention.
更に、本発明の絶縁シール構造の形成方法は、上記本発明の絶縁シール構造を形成する方法の一例である。そして、本発明の絶縁シール構造の形成方法においては、金属箔からなる金属シール層にめっき法及び/又は蒸着法を利用して形成された金属拡散抑制層を有する金属拡散抑制層付き金属シール層を用いる。 Furthermore, the method for forming the insulating seal structure of the present invention is an example of the method for forming the insulating seal structure of the present invention. And in the formation method of the insulation seal structure of this invention, the metal seal layer with a metal diffusion suppression layer which has the metal diffusion suppression layer formed in the metal seal layer which consists of metal foil using the plating method and / or the vapor deposition method Is used.
本発明によれば、一方の対向部材側に位置する絶縁層と、他方の対向部材側に位置する金属シール層と、該絶縁層と該金属シール層との間に位置する金属拡散抑制層とを有する絶縁シール構造を形成することなどとした。
そのため、優れたガスシール性能と電気絶縁性能を発揮し得る絶縁シール構造、その形成方法及び燃料電池スタック構造体を提供することができる。
According to the present invention, the insulating layer located on one opposing member side, the metal seal layer located on the other opposing member side, the metal diffusion suppression layer located between the insulating layer and the metal seal layer, It was decided to form an insulating seal structure having
Therefore, it is possible to provide an insulating seal structure capable of exhibiting excellent gas seal performance and electrical insulation performance, a method for forming the structure, and a fuel cell stack structure.
以下、本発明の一実施形態に係る絶縁シール構造、その形成方法及び燃料電池スタック構造体について詳細に説明する。なお、以下の実施形態で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, an insulating seal structure, a forming method thereof, and a fuel cell stack structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail. In addition, the dimension ratio of drawing quoted by the following embodiment is exaggerated on account of description, and may differ from an actual ratio.
まず、本発明の一実施形態に係る絶縁シール構造及び燃料電池スタック構造体について、固体酸化物形燃料電池スタック構造体に適用した場合を例に挙げて図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池スタック構造体の一例を示す概略斜視図、図2は、図1に示す燃料電池スタック構造体のII−II線に沿った断面図、図3は、図2に包囲線IIIで示す部分の部分拡大図である。
First, an insulating seal structure and a fuel cell stack structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, taking as an example the case of application to a solid oxide fuel cell stack structure.
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a solid oxide fuel cell stack structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is taken along line II-II of the fuel cell stack structure shown in FIG. Sectional drawing and FIG. 3 are the elements on larger scale of the part shown by the surrounding line III in FIG.
図1及び図2に示すように、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック構造体(以下「セルスタック」という。)Aは、複数の固体酸化物燃料電池(以下「セルユニット」という。)B同士をシール部材を介して積層してなるもの(上下面にはエンドプレート51,51が配置されている。)であり、それらセルユニットB内外に、ガス導入口及びガス排出口を配置した構成となっているホルダ50,50を介して2種類の反応用ガスを互いに分離して流通させることによる発電を行うようにしたものである。
As shown in FIGS. 1 and 2, the solid oxide fuel cell stack structure (hereinafter referred to as “cell stack”) A of the present embodiment is referred to as a plurality of solid oxide fuel cells (hereinafter referred to as “cell units”). ) B are laminated via a seal member (
本実施形態においては、一方の反応用ガスが水素や炭化水素などの燃料ガスであり、他方の反応用ガスが酸素や空気などの酸化剤ガスであるが、詳細を後述するセルユニットBの燃料極や空気極の相対的な配置に応じて、一方の反応用ガスを空気、他方の反応用ガスを炭化水素としてもよい。 In the present embodiment, one reaction gas is a fuel gas such as hydrogen or hydrocarbon, and the other reaction gas is an oxidant gas such as oxygen or air. One reaction gas may be air and the other reaction gas may be hydrocarbon, depending on the relative arrangement of the electrode and the air electrode.
セルユニットBは、固体電解質型の単セル40、薄型流路部品10、流路形成体30及びセパレータ20を主要の構成としたものである。
The cell unit B mainly includes a solid electrolyte type
単セル40は、上記した燃料極(アノード極)と空気極(カソード極)とを電解質の上下両側に互いに対設したものであり、貫通孔を中心に配設した円環形に形成されている。
The
セパレータ20は、単セル40の外径よりも大きな外径にした金属製の板体であり、これの中心に円形孔が形成されているとともに、その中間部の外周縁部内外面(図示上下面)に、単セル40の燃料極に当接する集電用の金属多孔質体21、また、他のセルユニットBの空気極又はエンドプレート51に弾接する金属多孔質体22が配設されている。
このセパレータ20の外周縁部には、これの全周にわたる円環形にしたスペーサ23が固定されているとともに、そのスペーサ23の下面に、円環形の内周板24が内方に延出した状態で固定されている。
また、内周板24の上面と単セル40の電解質の外周縁部下面を、これらの間に介在させたガラス接着剤36によって接着固定している。
The
An
Further, the upper surface of the inner
流路形成体30は、流路部品31,32を有しており、これらには、上記したガス流通空間βに上記いずれかの反応用ガスを給排送するための流路34,35を共通に連通させて形成している。
The flow
流路部品31は、単セル40の貫通孔の内径よりもやや小さい外径にした円柱形のものである。
流路部品32は、これの下面に、ガス流通用溝32aが流路35とガス流通空間βとを連通させて形成されており、後記する薄型流路部品10よりもやや大きな外径の円板形にして形成されている。
The
The
薄型流路部品10は、単セル40の貫通孔よりも大きな外径の円環形にした金属製の板体である。
すなわち、単セル40の貫通孔よりも大きな外径の円環形に形成することにより、平面視において単セル40の内周縁部に重ね合わせ、この重ね合わせた部分において、ガラス接着剤36を介して単セル40の内周縁部上面に接着されている。
上記した流路形成体30、薄型流路部品10及びセパレータ20は、ともに軸線Oを中心とした同心配置にしている。
The thin
That is, by forming an annular shape having an outer diameter larger than the through-hole of the
The flow
なお、ガラス接着剤36を介して単セル40の内周縁部下面に接着した状態において、単セル40の燃料極の上面と、流路部品32との間に空隙を生じさせるように流路部品31の高さを設定している。
In addition, in the state which adhered to the inner peripheral part lower surface of the
図3に示すように、シール部材60は、流路部品31と同じ外径にした円環形のものであり、絶縁層61と金属シール層62とこれらの間に位置する金属拡散抑制層63とを有するものである。セルスタックの一対の対向部材の一方であるセパレータ20は、その表面に絶縁層を有し、対向部材の他方である流路部品31は、その表面に金属シール層を有し、これらの間には金属拡散抑制層が配設されている。そして、この絶縁シール構造は、積み重ねた複数枚のセルユニットB同士を、これらの図示上下両側から弾圧(挟圧)する締結荷重の作用によって、対向部材間を絶縁シールする。
As shown in FIG. 3, the
絶縁層61は、電気絶縁性材料からなるものを挙げることができる。これは1層からなる構造であってもよく、複数層からなる構造(積層構造)であってもよい。絶縁層とした場合、コア部材を適用する場合と比較して、締結荷重の作用による破損のおそれを低減することができる。また、絶縁層の好適形態としては、対向部材上に電気絶縁性材料を溶射することによって形成される溶射膜を挙げることができる。電気絶縁性材料としては、例えば、電気絶縁性セラミックを適用することが好ましい。電気絶縁性セラミックとしては、例えばアルミナを好適例として挙げることができる。
Examples of the
金属シール層62は、その主構成材料が銀、銅、ステンレス鋼などからなるものを好適例として挙げることができる。また、これは金属箔からなるものを適用することが好ましい。これは1層からなる構造であってもよく、複数層からなる構造(積層構造)であってもよい。なお、本発明において、例えば「銀が主構成材料」とは、金属シール層の90質量%以上が銀であることを意味する。
As the
金属拡散抑制層63は、その主構成材料の燃料電池運転温度における蒸気圧が、金属シール層の主構成材料の燃料電池運転温度における蒸気圧より高いことが好ましい。この関係を満足しない場合には、金属シール層の構成金属が絶縁層に蒸発拡散し易く、電気絶縁性が低下する可能性がある。金属拡散抑制層は、その主構成材料が、金、銀、銅、クロム、鉄、コバルト、白金などからなるものを好適例として挙げることができる。これは1層からなる構造であってもよく、複数層からなる構造(積層構造)であってもよい。なお、本発明において、例えば「金が主構成材料」とは、金属拡散抑制層の90質量%以上が金であることを意味する(以下同様。)。
The metal
また、金属拡散抑制層63は、高展性材料からなるものを好適に用いることができる。例えば、その主構成材料が金、銀、銅、白金、アルミニウム、鉛などのような高展性材料からなるものを好適例として挙げることができる。このような高展性材料であると、締結荷重が作用した場合でも、その展性によって絶縁層との間のガスシール性を維持することができる。
Moreover, the metal
更に、金属拡散抑制層63は、その主構成材料が金、白金、アルミニウムなどのような耐酸化性能を有するもの(酸化物生成の標準自由エネルギーと温度の関係を示すエリンガム図において燃料電池運転温度(700℃)を参照することにより規定することができる。)や不動体被膜を形成するもの(例えば、酸化速度定数が小さいものを参照することにより規定することができる。)を好適例として挙げることができる。
Further, the metal
上述した種々の観点から、金や白金からなる金属拡散抑制層をより好ましい例として挙げることができる。 From the various viewpoints described above, a metal diffusion suppression layer made of gold or platinum can be cited as a more preferable example.
次に、本発明の一実施形態に係る絶縁シール構造の形成方法について詳細に説明する。
本発明の一実施形態に係る絶縁シール構造の形成方法は、上記本発明の一実施形態に係る絶縁シール構造を形成する方法の一例である。
本実施形態の絶縁シール構造の形成方法においては、金属箔からなる金属シール層にめっき法及び蒸着法の少なくとも一方を利用して形成された金属拡散抑制層を有する金属拡散抑制部付き金属シール層を用いることが好ましい。なお、めっき法や蒸着法としては、電解めっきや無電解めっき、プラズマ化学蒸着や熱化学蒸着などの化学蒸着法、真空蒸着やスパッタリング、イオンプレーティングなどの物理蒸着法などの従来公知の成膜法を適用することができる。
このような金属拡散抑制部付き金属シール層を用いると、絶縁層へ金属拡散抑制層を形成した場合に比較して、金属拡散抑制層を緻密に形成することができ、また、部品点数を少なくすることができるという利点がある。
しかしながら、本発明の絶縁シール構造は、上述した構成を有するものであれば、このような形成方法により得られたものに限定されるものではない。
Next, a method for forming an insulating seal structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
A method for forming an insulating seal structure according to an embodiment of the present invention is an example of a method for forming an insulating seal structure according to an embodiment of the present invention.
In the method for forming an insulating seal structure of the present embodiment, a metal seal layer with a metal diffusion suppression portion having a metal diffusion suppression layer formed using at least one of a plating method and a vapor deposition method on a metal seal layer made of a metal foil. Is preferably used. In addition, as a plating method or a vapor deposition method, a conventionally known film formation method such as electrolytic plating, electroless plating, chemical vapor deposition such as plasma chemical vapor deposition or thermal chemical vapor deposition, or physical vapor deposition such as vacuum vapor deposition, sputtering, or ion plating. The law can be applied.
When such a metal seal layer with a metal diffusion suppression portion is used, the metal diffusion suppression layer can be densely formed and the number of parts can be reduced as compared with the case where the metal diffusion suppression layer is formed on the insulating layer. There is an advantage that you can.
However, the insulating seal structure of the present invention is not limited to the one obtained by such a forming method as long as it has the above-described configuration.
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples.
(実施例1)
厚み1mmのステンレス鋼(SUS430)からなる基板上aに溶射法により厚み0.5mmのアルミナ溶射膜からなる絶縁層bを形成した。なお、基板aと絶縁層bとの密着性を高めるために基板aには予めサンドブラスト処理を行った。
Example 1
An insulating layer b made of an alumina sprayed film having a thickness of 0.5 mm was formed on a substrate a made of stainless steel (SUS430) having a thickness of 1 mm by a thermal spraying method. In order to improve the adhesion between the substrate a and the insulating layer b, the substrate a was previously subjected to sandblasting.
内径φ30mm、外径φ36mm、厚み0.2mmのリング状の銀箔からなる金属シール層c上に真空蒸着法により厚み5μmの金からなる金属拡散抑制層dを形成した。 A metal diffusion suppression layer d made of gold having a thickness of 5 μm was formed on a metal seal layer c made of a ring-shaped silver foil having an inner diameter of φ30 mm, an outer diameter of φ36 mm, and a thickness of 0.2 mm by a vacuum deposition method.
基板a上に形成された絶縁層bと金属シール層c上に形成された金属拡散抑制層dとを対向させて配置し、絶縁抵抗計測のためのリード線eが接合された2枚の電極板fで挟持し、更に絶縁のためのアルミナプレートg、金属プレートhで挟持し、ボルトiで締結して、図4に示すような本例のガスシール構造を形成した。 Two electrodes in which an insulating layer b formed on the substrate a and a metal diffusion suppression layer d formed on the metal seal layer c are arranged to face each other, and a lead wire e for measuring an insulation resistance is joined. The gas seal structure of this example as shown in FIG. 4 was formed by sandwiching with the plate f, further sandwiching with an alumina plate g and a metal plate h for insulation, and fastening with bolts i.
(実施例2)
内径φ30mm、外径φ36mm、厚み0.2mmのリング状の銀箔に替えて、内径φ30mm、外径φ36mm、厚み0.2mmのリング状の銅箔からなる金属シール層を用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、図4に示すような本例のガスシール構造を形成した。
(Example 2)
Implemented except that a ring-shaped silver foil with an inner diameter of 30 mm, an outer diameter of 36 mm, and a thickness of 0.2 mm was used instead of a ring-shaped silver foil with an inner diameter of 30 mm, an outer diameter of 36 mm, and a thickness of 0.2 mm. The same operation as in Example 1 was repeated to form the gas seal structure of this example as shown in FIG.
(実施例3)
内径φ30mm、外径φ36mm、厚み0.2mmのリング状の銀箔に替えて、内径φ30mm、外径φ36mm、厚み0.2mmのリング状のステンレス鋼箔(SUS316L)からなる金属シール層を用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、図4に示すような本例のガスシール構造を形成した。
(Example 3)
Instead of a ring-shaped silver foil having an inner diameter of 30 mm, an outer diameter of 36 mm, and a thickness of 0.2 mm, a metal seal layer made of a ring-shaped stainless steel foil (SUS316L) having an inner diameter of 30 mm, an outer diameter of 36 mm, and a thickness of 0.2 mm was used. Except for the above, the same operation as in Example 1 was repeated to form a gas seal structure of this example as shown in FIG.
(比較例1)
厚み1mmのステンレス鋼(SUS430)からなる基板上に溶射法により厚み0.5mmのアルミナ溶射膜からなる絶縁層を形成した。なお、基板と溶射膜との密着性を高めるために基板には予めサンドブラスト処理を行った。
(Comparative Example 1)
An insulating layer made of an alumina sprayed film having a thickness of 0.5 mm was formed on a substrate made of stainless steel (SUS430) having a thickness of 1 mm by a thermal spraying method. In order to improve the adhesion between the substrate and the sprayed film, the substrate was previously subjected to a sandblast treatment.
基板上に形成された絶縁層と内径φ30mm、外径φ36mm、厚み0.2mmのリング状の銀箔からなる金属シール層とを対向させて配置し、絶縁抵抗計測のためのリード線が接合された電極板2枚で挟持し、更に絶縁のためのアルミナプレート、金属プレートで挟持し、ボルトで締結して、本例のガスシール構造を形成した。なお、本例は、金属拡散抑制層を形成しなかったこと以外は、実施例1と同じ構成である。 An insulating layer formed on the substrate and a metal seal layer made of a ring-shaped silver foil having an inner diameter of 30 mm, an outer diameter of 36 mm, and a thickness of 0.2 mm are arranged to face each other, and a lead wire for measuring an insulation resistance is joined. The gas seal structure of this example was formed by sandwiching between two electrode plates, further sandwiching with an alumina plate and a metal plate for insulation, and fastening with bolts. In addition, this example is the same structure as Example 1 except not having formed the metal diffusion suppression layer.
(比較例2)
内径φ30mm、外径φ36mm、厚み0.2mmのリング状の銀箔に替えて、内径φ30mm、外径φ36mm、厚み0.2mmのリング状の銅箔からなる金属シール層を用いたこと以外は、比較例1と同様の操作を繰り返して、本例のガスシール構造を形成した。
(Comparative Example 2)
Compared to a ring-shaped silver foil having an inner diameter of 30 mm, an outer diameter of 36 mm, and a thickness of 0.2 mm, except that a metal seal layer made of a ring-shaped copper foil having an inner diameter of 30 mm, an outer diameter of 36 mm, and a thickness of 0.2 mm was used. The same operation as in Example 1 was repeated to form the gas seal structure of this example.
(比較例3)
内径φ30mm、外径φ36mm、厚み0.2mmのリング状の銀箔に替えて、内径φ30mm、外径φ36mm、厚み0.2mmのリング状のステンレス鋼箔(SUS316L)からなる金属シール層を用いたこと以外は、比較例1と同様の操作を繰り返して、本例のガスシール構造を形成した。
上記各例のシール構造の仕様の一部を表1に示す。
(Comparative Example 3)
Instead of a ring-shaped silver foil having an inner diameter of 30 mm, an outer diameter of 36 mm, and a thickness of 0.2 mm, a metal seal layer made of a ring-shaped stainless steel foil (SUS316L) having an inner diameter of 30 mm, an outer diameter of 36 mm, and a thickness of 0.2 mm was used. Except for the above, the same operation as in Comparative Example 1 was repeated to form the gas seal structure of this example.
Table 1 shows a part of the specifications of the seal structure in each of the above examples.
[性能評価]
(シール性能評価試験)
下記高温曝露処理の前後における上記各例のシール構造に対して、ヘリウムガスを用いて10kPa加圧した際の漏れ量を計測した。なお、降温時は空気のみ供給した。得られた結果を表1に併記する。
[Performance evaluation]
(Seal performance evaluation test)
With respect to the seal structures of the above examples before and after the following high-temperature exposure treatment, the amount of leakage when pressurized with 10 kPa using helium gas was measured. In addition, only air was supplied when the temperature fell. The obtained results are also shown in Table 1.
<高温曝露処理>
供給ガス:燃焼ガス(乾燥空気;200L/min(0℃、1atm)、水素;20L/min(0℃、1atm))
本体温度:750℃
保持時間:10時間以上
<High temperature exposure treatment>
Supply gas: Combustion gas (dry air; 200 L / min (0 ° C., 1 atm), hydrogen; 20 L / min (0 ° C., 1 atm))
Body temperature: 750 ° C
Retention time: 10 hours or more
(高温絶縁性能評価試験)
高温ガス配管の一部に、上記各例のシール構造を組み込み、高温ガス供給条件下、本体温度750℃で、電極間に50V電圧を印加したときの絶縁抵抗値を計測した。得られた結果を表1に併記する。
(High temperature insulation performance evaluation test)
The seal structure of each of the above examples was incorporated in a part of the high-temperature gas pipe, and the insulation resistance value was measured when a 50 V voltage was applied between the electrodes at a main body temperature of 750 ° C. under high-temperature gas supply conditions. The obtained results are also shown in Table 1.
表1より、本発明の範囲に属する実施例1〜実施例3は、本発明外の比較例2及び比較例3と比較した場合、高温曝露処理の前後においてガスシール性が優れていることが分かる。また、比較例2及び比較例3は、高温曝露処理後においてガスシール性が低下していることが分かる。一方、本発明外の比較例1は、本発明の範囲に属する実施例1〜実施例3と比較した場合、高温曝露処理の前後においてガスシール性は同程度である。しかしながら、本発明外の比較例1は、本発明の範囲に属する実施例1〜実施例3と比較した場合、電気絶縁性が十分なものとなっていないことが分かる。 From Table 1, when Examples 1 to 3 belonging to the scope of the present invention are compared with Comparative Examples 2 and 3 outside the present invention, the gas sealing properties are excellent before and after the high temperature exposure treatment. I understand. Moreover, it turns out that the gas-seal property is falling after the high temperature exposure process of the comparative example 2 and the comparative example 3. On the other hand, in Comparative Example 1 outside the present invention, the gas sealability is comparable before and after the high temperature exposure treatment when compared with Examples 1 to 3 belonging to the scope of the present invention. However, it can be seen that Comparative Example 1 outside the present invention does not have sufficient electrical insulation when compared with Examples 1 to 3 belonging to the scope of the present invention.
つまり、本発明のガスシール構造とすることにより、優れたガスシール性及び電気絶縁性を発揮することができることが分かる。特に、銀箔からなる金属シール層を適用し、その上に、金からなる金属拡散抑制層を形成した実施例1に係るガスシール構造が現時点においては最も優れていることが分かる。これらは、金属シール層を構成する銀や銅、ステンレス鋼に比較して金属拡散抑制層を構成する金の方が、燃料電池運転温度付近における蒸気圧が低く、銀が絶縁層に拡散することを抑制して、絶縁性能を維持するためと考えられる。また、金属拡散抑制層を構成する金は、展性や耐酸化性が優れているという観点から、上述した材料の中でも好適に用いることができる。 That is, it can be seen that the gas seal structure of the present invention can exhibit excellent gas sealability and electrical insulation. In particular, it can be seen that the gas seal structure according to Example 1 in which a metal seal layer made of silver foil is applied and a metal diffusion suppression layer made of gold is formed thereon is most excellent at the present time. These are because the vapor pressure near the fuel cell operating temperature is lower and the silver diffuses into the insulating layer in the gold constituting the metal diffusion suppression layer compared to silver, copper and stainless steel constituting the metal seal layer. This is thought to be to suppress insulation and maintain insulation performance. Moreover, the gold | metal | money which comprises a metal diffusion suppression layer can be used suitably also in the material mentioned above from a viewpoint that malleability and oxidation resistance are excellent.
また、実施例1及び比較例1の絶縁シール構造について、その断面を走査型電子顕微鏡及び電子プローブマイクロアナライザーによって観察した。得られた結果を図5及び図6に示す(なお、図5及び図6は、各例における基板とその上に形成された絶縁層の部分を示している。)。図6に示す比較例1においては、金属シール層を構成する銀(Ag)が蒸発拡散し、アルミナ溶射膜からなる絶縁層内にAgが堆積していることが分かる。一方、図5に示す実施例1においては、金属拡散抑制層が蒸発拡散した銀(Ag)をトラップしているため、アルミナ溶射膜からなる絶縁層内にAgが堆積することがないことが分かる。 Moreover, about the insulating seal structure of Example 1 and Comparative Example 1, the cross section was observed with the scanning electron microscope and the electron probe microanalyzer. The obtained results are shown in FIG. 5 and FIG. 6 (note that FIG. 5 and FIG. 6 show a portion of the substrate and the insulating layer formed thereon in each example). In Comparative Example 1 shown in FIG. 6, it can be seen that silver (Ag) constituting the metal seal layer is evaporated and diffused, and Ag is deposited in the insulating layer made of the alumina sprayed film. On the other hand, in Example 1 shown in FIG. 5, since the metal diffusion suppression layer traps evaporated silver (Ag), it can be seen that Ag does not deposit in the insulating layer made of the alumina sprayed film. .
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated with some embodiment and an Example, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary of this invention.
10…薄型流路部品、20…セパレータ、21,22…金属多孔質体、23…スペーサ、24…内周板、30…流路形成体、31,32…流路部品、32a…ガス流通用溝、34,35…流路、36…ガラス接着剤、40…単セル、50…ホルダ、51…エンドプレート、60…シール部材、61…絶縁層、62…金属シール層、63…金属拡散抑制層、A…セルスタック、B…セルユニット、β…ガス流通空間
DESCRIPTION OF
Claims (6)
一方の対向部材側に位置する絶縁層と、他方の対向部材側に位置する金属シール層と、該絶縁層と該金属シール層との間に位置する金属拡散抑制層とを有する
ことを特徴とする絶縁シール構造。 An insulating seal structure is formed between a pair of opposing members in the fuel cell stack structure, and gas-seals and electrically insulates between the pair of opposing members,
An insulating layer located on one opposing member side, a metal seal layer located on the other opposing member side, and a metal diffusion suppression layer located between the insulating layer and the metal seal layer Insulating seal structure.
上記金属拡散抑制層の主構成材料が、金、銅、クロム、鉄、コバルト又は白金である
ことを特徴とする請求項1に記載の絶縁シール構造。 The main constituent material of the metal seal layer is silver,
2. The insulating seal structure according to claim 1, wherein a main constituent material of the metal diffusion suppression layer is gold, copper, chromium, iron, cobalt, or platinum.
金属箔からなる金属シール層にめっき法及び/又は蒸着法を利用して形成された金属拡散抑制層を有する金属拡散抑制層付き金属シール層を用いる
ことを特徴とする絶縁シール構造の形成方法。 A method of forming an insulating seal structure according to any one of claims 1 to 4,
A method of forming an insulating seal structure, comprising using a metal seal layer with a metal diffusion suppression layer having a metal diffusion suppression layer formed using a plating method and / or vapor deposition method on a metal seal layer made of a metal foil.
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- 2012-05-23 JP JP2012117527A patent/JP2013246887A/en active Pending
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