固体酸化物形燃料電池装置
【課題】アノードとカソードとの間におけるガスリークに対するシール性を確保させる固体酸化物形燃料電池装置を提供する。
【解決手段】燃料電池装置は、電解質膜とアノードおよびカソードを有するセルと、セルをこれの厚み方向に挟むセパレータと、アノードガス流路と、カソードガス流路と、セルを挟む二つのセパレータの間に介在して設けられアノードとカソードとの間におけるガスリークを抑えるシールガスケット８とを有する。シールガスケット８は、シールガスケット８の厚み方向において互いに対向する電気絶縁性をもつ電気絶縁材料で形成された第１絶縁板８１および第２絶縁板８２と、当該厚み方向において第１絶縁板および第２絶縁板の間に設けられ当該厚み方向にバネ弾性を発揮するバネ部８３とを有する。
【解決手段】燃料電池装置は、電解質膜とアノードおよびカソードを有するセルと、セルをこれの厚み方向に挟むセパレータと、アノードガス流路と、カソードガス流路と、セルを挟む二つのセパレータの間に介在して設けられアノードとカソードとの間におけるガスリークを抑えるシールガスケット８とを有する。シールガスケット８は、シールガスケット８の厚み方向において互いに対向する電気絶縁性をもつ電気絶縁材料で形成された第１絶縁板８１および第２絶縁板８２と、当該厚み方向において第１絶縁板および第２絶縁板の間に設けられ当該厚み方向にバネ弾性を発揮するバネ部８３とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は中温領域または高温領域に加熱された状態で使用される固体酸化物形燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池装置（ＳＯＦＣ）は、固体酸化物の電解質膜と電解質膜をこれの厚み方向に挟むアノードおよびカソードを有するセルと、セルをこれの厚み方向に挟む位置に設けられたセパレータと、アノードガスをセルのアノードに供給させるアノードガス流路と、カソードガスをセルのカソードに供給させるカソードガス流路とを有する。かかる燃料電池装置によれば、特許文献１に開示されているように、アノードとカソードとの間におけるガスリークを抑えるシール部が設けられているものが知られている。シール部は、電解質膜の上に金属板をろう付けし、アノードとカソードとの間におけるガスリークを抑えている。また特許文献２に開示されているように、金属製のフレームを電解質膜にろう付けしてアノードとカソードとの間におけるガスリークを抑えるものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９９３０８号公報
【特許文献２】特開２０１０−０２１０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来技術によれば、いずれも、金属板をセルの電解質膜にろう付けし、アノードとカソードとの間におけるガスリークに対するシール性を確保させている。しかし金属板とセルの電解質膜とでは熱膨張係数が相違するため、熱サイクル時において熱応力により電解質膜ひいてはセルが割れるおそれがあり、セルの長寿命化には限界があった。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、アノードとカソードとの間におけるガスリークに対するシール性を確保させるのに有利な固体酸化物形燃料電池装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の様相１に係る固体酸化物形燃料電池装置は、イオン伝導性をもつ電解質膜と電解質膜をこれの厚み方向に挟むアノードおよびカソードを有するセルと、セルをこれの厚み方向に挟む位置に設けられた二つのセパレータと、アノードガスをセルのアノードに供給させるアノードガス流路と、カソードガスをセルのカソードに供給させるカソードガス流路と、セルを挟む二つのセパレータの間に介在して設けられアノードとカソードとの間におけるガスリークを抑えるシールガスケットとを具備する固体酸化物形燃料電池装置において、シールガスケットは、シールガスケットの厚み方向において互いに対向する電気絶縁性をもつ電気絶縁材料で形成された第１絶縁板および第２絶縁板と、当該厚み方向において第１絶縁板および第２絶縁板の間に設けられ当該厚み方向にバネ弾性を発揮するバネ部とを具備する。
【０００７】
本発明に係る燃料電池装置によれば、シールガスケットは、シールガスケットの厚み方向において互いに対向する電気絶縁性をもつ電気絶縁材料で形成された第１絶縁板および第２絶縁板と、当該厚み方向において第１絶縁板および第２絶縁板の間に設けられ当該厚み方向にバネ弾性を発揮するバネ部とを備える。このためシールガスケットはこれの厚み方向において電気絶縁性をもつ。
【０００８】
更に、バネ部は、シールガスケットの厚み方向において、第１絶縁板および第２絶縁板の間に設けられており、当該厚み方向にバネ弾性を発揮する。このため、セルおよびセパレータが厚み方向に積層されるとき、シールガスケットのバネ弾性によりシール性を高めることができる。ひいてはアノードとカソードとの間におけるガスリークを抑えることができる。
【０００９】
（２）本発明の様相２に係る固体酸化物形燃料電池装置によれば、上記した様相において、バネ部は、当該厚み方向において互いに対向する第１対向板および第２対向板と、第１対向板および第２対向板のうちの少なくとも一方に設けられ当該厚み方向において他方に向けて突出する複数のバネ突起とで形成されている。バネ部は、シールガスケットの厚み方向において、第１絶縁板および第２絶縁板の間に設けられており、当該厚み方向にバネ弾性を発揮する。このため、セルおよびセパレータが厚み方向に積層されるとき、シール性を高めることができる。ひいてはアノードとカソードとの間におけるガスリークを抑えることができる。
【００１０】
（３）本発明の様相３に係る固体酸化物形燃料電池装置によれば、上記した様相において、第１対向板および第２対向板は金属板であり、バネ突起は、金属板にプレス成形により突設されたディンプルである。バネ突起を形成するディンプルは、シールガスケットの厚み方向において、第１絶縁板および第２絶縁板の間に設けられており、当該厚み方向にバネ弾性を発揮する。このため、セルおよびセパレータが厚み方向に積層されるとき、シール性を高めることができる。ひいてはアノードとカソードとの間におけるガスリークを抑えることができる。ディンプルは金属板にプレス成形させることにより形成されているため、シールガスケットの厚み方向におけるバネ弾性を確保させつつシール性を高めることができる。更に、ディンプルは金属板にプレス成形させることにより形成されているため、多数のディンプルを金属板に簡単に形成することができる。ディンプルとは、球状面または疑似球状面等の丸み突面をもつドーム形の突起を意味する。なお、複数のディンプルは、間隔を隔てて互いに対向板に分離して形成されるため、対向板ひいてはシールガスケットの変形のムラが軽減される。もしディンプルに代えて、長さが長いリブ突起が形成されていると、対向板ひいてはシールガスケットの変形のムラが増加する。
【００１１】
（４）本発明の様相４に係る固体酸化物形燃料電池装置によれば、上記した様相において、シールガスケットの外縁部に沿って第１対向板と第２対向板との間には外縁シール部が介在している。第１対向板と第２対向板との間は、外縁シール部でシールされているため、シールガスケットの内部にはガスが進入することが抑制されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置によれば、シールガスケットは、シールガスケットの厚み方向において互いに対向する電気絶縁性をもつ電気絶縁材料で形成された第１絶縁板および第２絶縁板と、当該厚み方向において第１絶縁板および第２絶縁板の間に設けられ当該厚み方向にバネ弾性を発揮するバネ部とを備える。このためシールガスケットは、これの厚み方向において電気絶縁性をもつ。更に、バネ部は、シールガスケットの厚み方向において、第１絶縁板および第２絶縁板の間に設けられており、当該厚み方向にバネ弾性を発揮する。このため、セルおよびセパレータが厚み方向に積層されるとき、シール性を高めることができる。ひいてはアノードとカソードとの間におけるガスリークを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】固体酸化物形燃料電池の概念を模式的に示す斜視図である。
【図２】固体酸化物形燃料電池の１つのセル付近の概念を模式的に示す断面図である。
【図３】固体酸化物形燃料電池の１つのセル付近の概念を模式的に示す断面図である。
【図４】シールガスケットの製造過程の概念を模式的に示す断面図である。
【図５】組み付けられたシールガスケットの概念を模式的に示す断面図である。
【図６】単数のディンプルの概念を模式的に示す断面図である。
【図７】単数のディンプルの概念を模式的に示す平面図である。
【図８】シールガスケットの概念を模式的に示す平面図である。
【図９】シールガスケットの一部を模式的に示す断面図である。
【図１０】実施形態２に係り、シールガスケットの概念を模式的に示す断面図である。
【図１１】実施形態２に係り、孔７１ｘ付近を示す断面図である。
【図１２】実施形態３に係り、第１対向板および第２対向板に形成されているディンプルの概念を模式的に示す断面図である。
【図１３】実施形態４に係り、固体酸化物形燃料電池の１つのセル付近の概念を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の各実施形態について説明する。
【００１５】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図１〜図９を参照して説明する。図１に示す燃料電池装置は平板型の固体酸化物形燃料電池であり、多数のセルを厚み方向に積層した平板型のセル積層体１と、セル積層体１をこれの厚み方向つまり積層方向において挟む平板型の第１エンドプレート１１および第２エンドプレート１２と、セル積層体１、第１エンドプレート１１および第２エンドプレート１２を締結するボルトを備える締結具１３とを有する。図１に示すように、第１エンドプレート１１は、アノードガス入口１７、アノードオフガス出口１８と、空気であるカソードガスが供給されるカソードガス入口１５、空気オフガスであるカソードオフガスが排出されるカソードオフガス出口１６とをもつ。オフガスとは発電反応を経たガスを意味する。セル２は四角形をなし、Ｘ方向およびＹ方向の双方に延びる。
【００１６】
図２はセル積層体１を構成する一つのセル構造の概念を模式的に示す。図２に示すように、セル構造を形成すセル２は、平板型をなしており、固体酸化物形の電解質膜２１と電解質膜２１をこれの厚み方向に挟むアノード２２（燃料極）およびカソード２３（酸化剤極）を有する。更にセル構造は、セル２をこれの厚み方向に挟む位置に設けられたセパレータ３（材質：鉄−クロム合金等の金属）と、一方のセパレータ３とアノード２２との間に設けられたアノード用の多孔質集電体４と、他方のセパレータ３とカソード２３との間に設けられたカソード用の多孔質集電体５とをもつ。セパレータ３は、アノードガスを分配させる流路３ｘをもつ。
【００１７】
アノード用の多孔質集電体４は連続的な細孔をもつ導電材料で形成されており、集電性機能と、アノードガスをアノード２２に分配させて供給させるガス透過機能を有する。カソード用の多孔質集電体５は連続的な細孔をもつ導電材料で形成されており、集電性機能と、カソードガスをカソード２３に分配させて供給させるガス透過機能を有する。カソード用多孔質集電体５は、セル使用温度域において導電性を有する導電材料で形成されているメッシュ集電体で形成されている。カソード用多孔質集電体５を形成する導電材料としては鉄系合金、クロム系合金、ニッケル系合金が例示される。鉄系合金としては鉄−クロム合金、鉄−クロム−ニッケル合金、鉄−ニッケル合金が挙げられる。これに限定されるものではない。
【００１８】
アノード２２を形成する材料としては、金属酸化物および安定化ジルコニア系が例示される。金属酸化物としては酸化ニッケルが例示できる。カソード２３を形成する材料としては、ＬａおよびＳｒを含有する酸化物セラミックスが挙げられる。かかるセラミックスとしてはＬＳＣＦ（Ｌａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３）が例示されるが、これに限定されるものではない。
【００１９】
図２に示すように、互いに対向するセパレータ３間の外周縁には、主シール部６（材質：例えばマイカガスケット）が介在しており、シールされている。図２に示すように、セル構造はカソードガス流路６Ａをもつ。カソードガス流路６Ａは、厚み方向に貫通するように形成されたカソードガスマニホルド通路６１と、カソードガスマニホルド通路６１のカソードガス（空気等の酸素含有ガス）をカソード２３に向けて供給させるカソードガス連通孔６２と、発電反応に使用されたカソードオフガスをカソード２３から排出させるカソードオフガス連通孔６３と、厚み方向に貫通するように形成されたカソードオフガスマニホルド通路６４とをもつ。
【００２０】
図３に示すように、セル構造はアノードガス流路７Ａをもつ。アノードガス流路７Ａは、厚み方向に貫通するように形成されたアノードガスマニホルド通路７１と、アノードガスマニホルド通路７１のアノードガス（水素含有ガス）をアノード２２に向けて供給させるアノードガス連通孔７２と、発電反応に使用された燃料オフガスであるアノードオフガスをアノード２２から排出させるアノードオフガス連通孔７３と、厚み方向に貫通するように形成されたアノードオフガスマニホルド通路７４とをもつ。
【００２１】
図２及び図３に示すように、シールガスケット８は、主シール部６の端面６ｅとカソード側のセパレータ３の壁面３ｅとの間に介在する。図４はシールガスケット８の組み付け過程の概念を模式的に示す。図５は、シールガスケット８の厚み方向に沿って切断したシールガスケット８の断面の概念を模式的に示す。図５は図８のＶ−Ｖ線にほぼ相当する。
【００２２】
図４および図５に示すように、シールガスケット８は、シールガスケット８の厚み方向（矢印Ｔ方向）において互いに対向する電気絶縁性をもつ電気絶縁材料（マイカ等）で形成された第１絶縁板８１および第２絶縁板８２と、当該厚み方向（矢印Ｔ方向，セル積層体１の積層方向）において第１絶縁板８１および第２絶縁板８２の間に設けられ当該厚み方向（矢印Ｔ方向）にバネ弾性を発揮するバネ部８３とを備えている。厚み方向の外側には、第１絶縁板８１および第２絶縁板８２が設けられているため、シールガスケット８はこれの厚み方向（矢印Ｔ方向）において電気絶縁性をもつ。バネ部８３は、厚み方向において互いに対向する金属を母材とする第１対向板８４および第２対向板８５と、第１対向板８４および第２対向板８５の双方に設けられた複数のバネ突起８６とを有する。金属としては、炭素鋼、合金鋼（ステンレス鋼を含む）等が例示される。ステンレス鋼としてはフェライト系、オーステナイト系、マルテンサイト系が挙げられる。なお、第１絶縁板８１および第２絶縁板８２は、対向板８４，８５に無機接着材等の耐熱性をもつ接着材で接着させても良いし、接着せずに接触させておくだけでも良い。
【００２３】
バネ突起８６は、当該厚み方向において他方に向けてほぼ半球状に突出する。このようにバネ部８３は、シールガスケット８の厚み方向において、第１絶縁板８１および第２絶縁板８２の間に設けられており、当該厚み方向にバネ弾性を発揮する。このため、セル２およびセパレータ３が主シール部６と共に厚み方向に積層されるとき、セパレータ３と主シール部６との間におけるシール性を高めることができる。殊に、第１対向板８４および第２対向板８５は板状であるため、高い可撓性をもち、高い変形能をもつ。更に、第１絶縁板８１および第２絶縁板８２も電気絶縁材料で形成されているものの、薄板状であるため、電気絶縁性を示しつつ、変形性をもつ。このような本実施形態に係るシールガスケット８は、厚み方向の高いバネ性を発揮でき、ひいては高いシール性を発揮でき、従って、アノード２２とカソード２３との間におけるガスリークを抑えることができる。
【００２４】
ここで、バネ突起８６は、金属板にプレス成形により加圧成形されて突設されたディンプル８６ｄである。バネ突起８６を形成するディンプル８６ｄは、シールガスケット８の厚み方向において、第１絶縁板８１および第２絶縁板８２の間に設けられており、当該厚み方向（矢印Ｔ方向）にバネ弾性を発揮する。ディンプル８６ｄの頂部８６ｆは、相手側の対向板８４，８５に当接していることが好ましい。但しこれに限定されるものではなく、セル積層体１の積層初期では、場合によっては、ディンプル８６ｄの頂部８６ｆは、相手側の対向板８４，８５に非接触でも良い。
【００２５】
図６に示すように、ディンプル８６ｄの頂部８６ｆの裏側には空間８６ｖが形成されており、空間８６ｖによりディンプル８６ｄの周壁の弾性変形性が確保されている。ここで、ディンプル８６ｄの頂部８６ｆに荷重ＦＡが作用すると、ディンプル８６ｄの周壁に沿って荷重ＦＡを効率よく分散できる。更にディンプル８６ｄは平面視（図７）では、ほぼ円形であるため、周方向（矢印Ｓ方向）においても、効率よく荷重分散性を高めることができる。このため、セル２およびセパレータ３が厚み方向に積層されてセル積層体１が組み付けられるとき、シールガスケット８によりシール性を高めることができる。シールガスケット８はアノード２２とカソード２３との間に介在するため、アノード２２とカソード２３との間におけるガスリークを抑えることができる。
【００２６】
なお本実施形態によれば、図５から理解できるように、第１対向板８４に形成されているディンプル８６ｄと、第２対向板８５に形成されているディンプル８６ｄとは、互いに衝突しない位置に間隔を隔てて設けられている。ディンプル８６ｄの弾性変形性が良好に確保される。図８に示すように、平面視では、複数のディンプル８６ｄは間隔を隔てて分離されているため、長いリブ突起が所定長さで連続している形態に比較して、過剰な方向性を軽減できる。よって対向板８４，８５の各部位における可撓性の均一化を図るのに有利であり、ひいてはシールガスケット８の可撓性の均一化を図るのに有利である。
【００２７】
本実施形態によれば、ディンプル８６ｄは、金属板をプレス成形型で加圧成形させることにより形成されている。このため、シールガスケット８の厚み方向（矢印Ｔ方向）におけるバネ弾性を良好に確保させつつ、第１対向板８４および第２対向板８５の板厚方向へガスをリークさせることが無く、シール性を高めることができる。更に、ディンプル８６ｄは金属板にプレス成形させることにより形成されているため、多数のディンプル８６ｄを金属板に簡単に少ない工程で（一般的には１度）に形成することができる。
【００２８】
プレス成形は冷間成形、温間成形、熱間成形のいずれでも良い。冷間成形であれば、ディンプル８６ｄを加工硬化により強化することを期待できる。温間成形または熱間成形であれば、ディンプル８６ｄの成形性を高めることができる。ディンプル８６ｄとは、球状面または疑似球状面等の丸み突面をもつドーム形の突起を意味する。各ディンプル８６ｄはプレス成形型により厚み方向に加圧成形されて成形されているため、組織の緻密化が進行し、強化されて強度確保上有利である。
【００２９】
本実施形態によれば、シールガスケット８はこれの厚み方向（矢印Ｔ方向）に弾性的な圧縮性を示すため、セル積層体１の積層方向においてセル積層体１が加圧されるとき、シールガスケット８は高いシール性を実現しつつ、厚み方向に弾性収縮できる。このため予め、シールガスケット８の厚みＴＡ（図２，図５参照）を大きめに設定しておけば、図２および図３に示すように、セル積層体１の積層方向においてセル積層体１が加圧されるように組み付けられたとき、カソード２３の表面２３ｓとカソード用多孔質集電体５の表面５ｓとの電気的接触性を高めることができる。同様に、セパレータ３の表面３ｋとカソード用多孔質集電体５の表面５ｋとの電気的接触性を高めることができる。このため高いシール性を確保しつつ、高い集電性を実現できる。
【００３０】
図４及び図５に示すように、シールガスケット８の外縁部に沿って第１対向板８４と第２対向板８５との間には、ガラス系シール材料を母材とするリング状の外縁シール部８７が当該外縁部を１周するように介在している。このためシールガスケット８において第１対向板８４と第２対向板８５との間は、外縁シール部８７でシールされている。換言すると、第１絶縁板８１と第２絶縁板８２との間は、外縁シール部８７でシールされている。従って、アノードガスやカソードガスは、第１対向板８４と第２対向板８５との間の空間に進入することが抑止されている。即ち、アノードガスやカソードガスは、シールガスケット８の内部に進入できない。更に、燃料電池装置の組付時においては、第１絶縁板８１と第１対向板８４とは互いに密着するため、第１絶縁板８１と第１対向板８４との間にガスが進入することは抑えられる。同様に、第２絶縁板８２と第２対向板８５とは互いに密着するため、第２絶縁板８２と第２対向板８５との間にガスが進入することは抑えられる。
【００３１】
図８は、絶縁板８１，８２が取り除かれた状態において、シールガスケット８の平面視の概念を模式的に示す。図８に示すように、シールガスケット８には、ドーム状の多数のディンプル８６ｄの他に、締結具１３を挿入するための複数の孔１３ｘが形成され、カソードガスマニホルド通路６１を形成するための孔６１ｘ、カソードオフガスマニホルド通路６４を形成するための孔６４ｘ、アノードガスマニホルド通路７１を形成するための孔７１ｘ、アノードオフガスマニホルド通路７４を形成するための孔７４ｘ、カソード用多孔質集電体５を挿入するための孔５ｘが、シールガスケット８をこれの厚み方向に貫通するようにそれぞれ分散された状態で形成されている。
【００３２】
更に図８、図９（Ａ）に示すように、孔７１ｘの外縁をシールすべく、孔７１ｘを１周するようにリング状の外縁シール部７１ｍが当該外縁部を１周するように介在している。同様に、孔１３ｘの外縁をシールすべく、孔１３ｘを１周するようにリング状の外縁シール部１３ｍが当該外縁部を１周するように介在している。孔６１ｘの外縁をシールすべく、孔６１ｘを１周するようにリング状の外縁シール部６１ｍが当該外縁部を１周するように介在している。孔６４ｘの外縁をシールすべく、孔６４ｘを１周するようにリング状の外縁シール部６４ｍが当該外縁部を１周するように介在している。孔７４ｘの外縁をシールすべく、孔７４ｘを１周するようにリング状の外縁シール部７４ｍが当該外縁部を１周するように介在している。孔５ｘの外縁をシールすべく、孔５ｘを１周するようにリング状の外縁シール部５ｍが当該外縁部を１周するように介在している。
【００３３】
リング状の外縁シール部１３ｍ，６１ｍ，６４ｍ，７１ｍ，７４ｍ，５ｍはガラス系シール材料であることが好ましく、対向板８４，８５で挟持されて対向板８４，８５間をシールする。このガラス系シール材料は、燃料電池装置の使用温度領域（例えば４００〜１０００℃の範囲）において軟化するため、セル積層体１の積層方向においてセル積層体１が加圧されるとき、積層の際の加圧力を吸収しつつ、高いシール性を実現できる。
【００３４】
また図９（Ｂ）に示す例のように、孔７１ｘの外縁をシールすべく、孔シール部７１ｍに代えて、孔７１ｘを１周するように孔シール部７１ｍが塗布されて積層されていることにしても良い。孔シール部７１ｍは、塗布可能なガラス系シール材料であることが好ましい。このガラス系シール材料は、燃料電池装置の使用温度領域（例えば４００〜１０００℃の範囲）において軟化するため、セル積層体１の積層方向においてセル積層体１が加圧されるとき、積層の際の加圧力を吸収しつつ、高いシール性を実現できる。孔シール部１３ｍ，６１ｍ，６４ｍ，７４ｍ，５ｍについても、図９（Ｂ）に示す例のように、孔シール部７１ｍの形態としても良い。
【００３５】
以上説明した本実施形態によれば、シールガスケット８は、シールガスケット８の厚み方向において互いに対向する電気絶縁性をもつ電気絶縁材料で形成された第１絶縁板８１および第２絶縁板８２と、当該厚み方向において第１絶縁板８１および第２絶縁板８２の間に設けられ当該厚み方向にバネ弾性を発揮するバネ部８３とを備える。このためシールガスケット８は、これの厚み方向において電気絶縁性をもつ。更に、バネ部８３は、シールガスケット８の厚み方向において、第１絶縁板８１および第２絶縁板８２の間に設けられており、当該厚み方向にバネ弾性を発揮する。このため、セル２、セパレータ３が厚み方向に積層されるとき、シール性を高めることができる。ひいてはアノード２２とカソード２３との間におけるガスリークを抑えることができる。
【００３６】
（試験例）
上記した実施形態に係る燃料電池装置に係る試験片を作製し、試験片を試験した。試験片では、セパレータの母材は鉄−クロム合金 で形成されており、ZMG232L（日立金属 株式会社）とし、厚み１．０ミリメートル、長さおよび幅はそれぞれ２００ミリメールとされていた。シールガスケット８については、第１絶縁板および第２絶縁板はマイカとされており、マイカの厚みは０．３ミリメートル、内径は１００ミリメートとされていた。外縁シール部についてはガラス系シール材料とし、厚みは３．０ミリメートル、長さおよび幅は２００ミリメートルとされていた。アノード用の多孔質集電体５については、初期厚みは１．４ミリメートルとされ、気孔率は９５％（体積比）、外径は１００ミリメートルとされていた。更に、アノード２２については、母材はＮｉ＋ＹＳＺであり、厚みは１．０ミリメートル、外径は１００ミリメートルとされていた。電解質膜２１については、母材はＹＳＺであり、厚みは０．０２ミリメートル、外径は１００ミリメートルとされていた。カソード２３については、母材はＬＳＣＦ、厚みは０．０５ミリメートル、外径は８０ミリメートルとされていた。試験の結果、発電運転が長時間実施されたとしても、アノード２２とカソード２３との間におけるガスリークを抑えることができた。
【００３７】
（実施形態２）
図１０および図１１は実施形態２の概念を模式的に示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用および効果を示す。図１０に示すように、シールガスケット８の外輪郭部を１周するようにシール部８ｒがリング状に形成されている。シール部８ｒは、シールガスケット８の厚み方向において外方に向けて突出量Δｔで突出する。図１１に示すように、シール部７１ｍも、シールガスケット８の厚み方向において外方に向けて突出量Δｔで突出する。孔シール部１３ｍ，６１ｍ，６４ｍ，７４ｍ，５ｍも、同様に、シールガスケット８の厚み方向において外方に向けて突出量Δｔで突出する。
【００３８】
（実施形態３）
図１２は実施形態３の概念を模式的に示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用および効果を示す。図１２に示すように、第１対向板８４に形成されているディンプル８６ｄの高さｈ１は、第２対向板８５に形成されているディンプル８６ｄの高さｈ２よりも低くされている。図１２に示すように、第２対向板８５に形成されているディンプル８６ｄの頂部８６ｆは第１対向板８４に当接する。しかし、セル積層体１を積層方向に加圧させる加圧力が高くないときには、第１対向板８４に形成されているディンプル８６ｄの頂部８６ｆは第２対向板８５に非接触であり、隙間Ｓ１を形成している。従って、セル積層体１の積層初期では、シールガスケット８の厚み方向のバネ性は柔らかめである。
【００３９】
これに対して、セル積層体１を積層方向に加圧させる加圧力が次第に高くなり、閾値を超えると、第１対向板８４に形成されているディンプル８６ｄの頂部８６ｆは第２対向板８５に当接するため、シールガスケット８の厚み方向のバネ性は硬めとなる。このようにディンプル８６ｄの高さを調整すれば、シールガスケット８の厚み方向のバネ定数を調整できる。
【００４０】
（実施形態４）
図１３は実施形態４の概念を模式的に示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用および効果を示す。図１３に示すように、シールガスケット８は主シール部６とセパレータ３との間に介在している。シールガスケット８は電解質膜２１に直接接触しているのではなく、シール部６のうち、電解質２１の端部２１ｐを被覆する被覆部６ｗに接触する。本実施形態においても、シールガスケット８は、これの厚み方向において高い電気絶縁性および高いバネ性をもつ。このため、セル２、セパレータ３が厚み方向に積層されるとき、シール性を高めることができる。ひいてはアノード２２とカソード２３との間におけるガスリークを抑えることができる。
【００４１】
（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。外縁シール部８７，孔シール部１３ｍ，６１ｍ，６４ｍ，７１ｍ，７４ｍはガラス系シール材料とされているが、これに限られるものではなく、要するに燃料電池装置の使用温度領域においてシール性をもつものであれば何でも良い。絶縁板８１，８２はマイカに限定されず、要するに燃料電池装置の使用温度領域において電気絶縁性をもつものであれば何でも良い。バネ突起８６はディンプルに限定されず、バネ性をもつものであれば良い。第１対向板８４および第２対向板８５の双方にディンプル８６ｄが形成されているが、いずれか一方のみに形成しても良い。
【符号の説明】
【００４２】
１はセル積層体、１１，１２はエンドプレート、１３は締結具、２はセル、２１は電解質膜、２２はアノード、２３はカソード、３はセパレータ、４は多孔質集電体、５は多孔質集電体、６は主シール部、６Ａはカソードガス流路、７Ａはアノードガス流路、８はシールガスケット、８１は第１絶縁板、８２は第２絶縁板、８３はバネ部、８４は第１対向板、８５は第２対向板、８６はバネ突起、８６ｄはディンプル、８７は外縁シール部を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は中温領域または高温領域に加熱された状態で使用される固体酸化物形燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池装置（ＳＯＦＣ）は、固体酸化物の電解質膜と電解質膜をこれの厚み方向に挟むアノードおよびカソードを有するセルと、セルをこれの厚み方向に挟む位置に設けられたセパレータと、アノードガスをセルのアノードに供給させるアノードガス流路と、カソードガスをセルのカソードに供給させるカソードガス流路とを有する。かかる燃料電池装置によれば、特許文献１に開示されているように、アノードとカソードとの間におけるガスリークを抑えるシール部が設けられているものが知られている。シール部は、電解質膜の上に金属板をろう付けし、アノードとカソードとの間におけるガスリークを抑えている。また特許文献２に開示されているように、金属製のフレームを電解質膜にろう付けしてアノードとカソードとの間におけるガスリークを抑えるものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９９３０８号公報
【特許文献２】特開２０１０−０２１０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来技術によれば、いずれも、金属板をセルの電解質膜にろう付けし、アノードとカソードとの間におけるガスリークに対するシール性を確保させている。しかし金属板とセルの電解質膜とでは熱膨張係数が相違するため、熱サイクル時において熱応力により電解質膜ひいてはセルが割れるおそれがあり、セルの長寿命化には限界があった。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、アノードとカソードとの間におけるガスリークに対するシール性を確保させるのに有利な固体酸化物形燃料電池装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の様相１に係る固体酸化物形燃料電池装置は、イオン伝導性をもつ電解質膜と電解質膜をこれの厚み方向に挟むアノードおよびカソードを有するセルと、セルをこれの厚み方向に挟む位置に設けられた二つのセパレータと、アノードガスをセルのアノードに供給させるアノードガス流路と、カソードガスをセルのカソードに供給させるカソードガス流路と、セルを挟む二つのセパレータの間に介在して設けられアノードとカソードとの間におけるガスリークを抑えるシールガスケットとを具備する固体酸化物形燃料電池装置において、シールガスケットは、シールガスケットの厚み方向において互いに対向する電気絶縁性をもつ電気絶縁材料で形成された第１絶縁板および第２絶縁板と、当該厚み方向において第１絶縁板および第２絶縁板の間に設けられ当該厚み方向にバネ弾性を発揮するバネ部とを具備する。
【０００７】
本発明に係る燃料電池装置によれば、シールガスケットは、シールガスケットの厚み方向において互いに対向する電気絶縁性をもつ電気絶縁材料で形成された第１絶縁板および第２絶縁板と、当該厚み方向において第１絶縁板および第２絶縁板の間に設けられ当該厚み方向にバネ弾性を発揮するバネ部とを備える。このためシールガスケットはこれの厚み方向において電気絶縁性をもつ。
【０００８】
更に、バネ部は、シールガスケットの厚み方向において、第１絶縁板および第２絶縁板の間に設けられており、当該厚み方向にバネ弾性を発揮する。このため、セルおよびセパレータが厚み方向に積層されるとき、シールガスケットのバネ弾性によりシール性を高めることができる。ひいてはアノードとカソードとの間におけるガスリークを抑えることができる。
【０００９】
（２）本発明の様相２に係る固体酸化物形燃料電池装置によれば、上記した様相において、バネ部は、当該厚み方向において互いに対向する第１対向板および第２対向板と、第１対向板および第２対向板のうちの少なくとも一方に設けられ当該厚み方向において他方に向けて突出する複数のバネ突起とで形成されている。バネ部は、シールガスケットの厚み方向において、第１絶縁板および第２絶縁板の間に設けられており、当該厚み方向にバネ弾性を発揮する。このため、セルおよびセパレータが厚み方向に積層されるとき、シール性を高めることができる。ひいてはアノードとカソードとの間におけるガスリークを抑えることができる。
【００１０】
（３）本発明の様相３に係る固体酸化物形燃料電池装置によれば、上記した様相において、第１対向板および第２対向板は金属板であり、バネ突起は、金属板にプレス成形により突設されたディンプルである。バネ突起を形成するディンプルは、シールガスケットの厚み方向において、第１絶縁板および第２絶縁板の間に設けられており、当該厚み方向にバネ弾性を発揮する。このため、セルおよびセパレータが厚み方向に積層されるとき、シール性を高めることができる。ひいてはアノードとカソードとの間におけるガスリークを抑えることができる。ディンプルは金属板にプレス成形させることにより形成されているため、シールガスケットの厚み方向におけるバネ弾性を確保させつつシール性を高めることができる。更に、ディンプルは金属板にプレス成形させることにより形成されているため、多数のディンプルを金属板に簡単に形成することができる。ディンプルとは、球状面または疑似球状面等の丸み突面をもつドーム形の突起を意味する。なお、複数のディンプルは、間隔を隔てて互いに対向板に分離して形成されるため、対向板ひいてはシールガスケットの変形のムラが軽減される。もしディンプルに代えて、長さが長いリブ突起が形成されていると、対向板ひいてはシールガスケットの変形のムラが増加する。
【００１１】
（４）本発明の様相４に係る固体酸化物形燃料電池装置によれば、上記した様相において、シールガスケットの外縁部に沿って第１対向板と第２対向板との間には外縁シール部が介在している。第１対向板と第２対向板との間は、外縁シール部でシールされているため、シールガスケットの内部にはガスが進入することが抑制されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置によれば、シールガスケットは、シールガスケットの厚み方向において互いに対向する電気絶縁性をもつ電気絶縁材料で形成された第１絶縁板および第２絶縁板と、当該厚み方向において第１絶縁板および第２絶縁板の間に設けられ当該厚み方向にバネ弾性を発揮するバネ部とを備える。このためシールガスケットは、これの厚み方向において電気絶縁性をもつ。更に、バネ部は、シールガスケットの厚み方向において、第１絶縁板および第２絶縁板の間に設けられており、当該厚み方向にバネ弾性を発揮する。このため、セルおよびセパレータが厚み方向に積層されるとき、シール性を高めることができる。ひいてはアノードとカソードとの間におけるガスリークを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】固体酸化物形燃料電池の概念を模式的に示す斜視図である。
【図２】固体酸化物形燃料電池の１つのセル付近の概念を模式的に示す断面図である。
【図３】固体酸化物形燃料電池の１つのセル付近の概念を模式的に示す断面図である。
【図４】シールガスケットの製造過程の概念を模式的に示す断面図である。
【図５】組み付けられたシールガスケットの概念を模式的に示す断面図である。
【図６】単数のディンプルの概念を模式的に示す断面図である。
【図７】単数のディンプルの概念を模式的に示す平面図である。
【図８】シールガスケットの概念を模式的に示す平面図である。
【図９】シールガスケットの一部を模式的に示す断面図である。
【図１０】実施形態２に係り、シールガスケットの概念を模式的に示す断面図である。
【図１１】実施形態２に係り、孔７１ｘ付近を示す断面図である。
【図１２】実施形態３に係り、第１対向板および第２対向板に形成されているディンプルの概念を模式的に示す断面図である。
【図１３】実施形態４に係り、固体酸化物形燃料電池の１つのセル付近の概念を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の各実施形態について説明する。
【００１５】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図１〜図９を参照して説明する。図１に示す燃料電池装置は平板型の固体酸化物形燃料電池であり、多数のセルを厚み方向に積層した平板型のセル積層体１と、セル積層体１をこれの厚み方向つまり積層方向において挟む平板型の第１エンドプレート１１および第２エンドプレート１２と、セル積層体１、第１エンドプレート１１および第２エンドプレート１２を締結するボルトを備える締結具１３とを有する。図１に示すように、第１エンドプレート１１は、アノードガス入口１７、アノードオフガス出口１８と、空気であるカソードガスが供給されるカソードガス入口１５、空気オフガスであるカソードオフガスが排出されるカソードオフガス出口１６とをもつ。オフガスとは発電反応を経たガスを意味する。セル２は四角形をなし、Ｘ方向およびＹ方向の双方に延びる。
【００１６】
図２はセル積層体１を構成する一つのセル構造の概念を模式的に示す。図２に示すように、セル構造を形成すセル２は、平板型をなしており、固体酸化物形の電解質膜２１と電解質膜２１をこれの厚み方向に挟むアノード２２（燃料極）およびカソード２３（酸化剤極）を有する。更にセル構造は、セル２をこれの厚み方向に挟む位置に設けられたセパレータ３（材質：鉄−クロム合金等の金属）と、一方のセパレータ３とアノード２２との間に設けられたアノード用の多孔質集電体４と、他方のセパレータ３とカソード２３との間に設けられたカソード用の多孔質集電体５とをもつ。セパレータ３は、アノードガスを分配させる流路３ｘをもつ。
【００１７】
アノード用の多孔質集電体４は連続的な細孔をもつ導電材料で形成されており、集電性機能と、アノードガスをアノード２２に分配させて供給させるガス透過機能を有する。カソード用の多孔質集電体５は連続的な細孔をもつ導電材料で形成されており、集電性機能と、カソードガスをカソード２３に分配させて供給させるガス透過機能を有する。カソード用多孔質集電体５は、セル使用温度域において導電性を有する導電材料で形成されているメッシュ集電体で形成されている。カソード用多孔質集電体５を形成する導電材料としては鉄系合金、クロム系合金、ニッケル系合金が例示される。鉄系合金としては鉄−クロム合金、鉄−クロム−ニッケル合金、鉄−ニッケル合金が挙げられる。これに限定されるものではない。
【００１８】
アノード２２を形成する材料としては、金属酸化物および安定化ジルコニア系が例示される。金属酸化物としては酸化ニッケルが例示できる。カソード２３を形成する材料としては、ＬａおよびＳｒを含有する酸化物セラミックスが挙げられる。かかるセラミックスとしてはＬＳＣＦ（Ｌａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３）が例示されるが、これに限定されるものではない。
【００１９】
図２に示すように、互いに対向するセパレータ３間の外周縁には、主シール部６（材質：例えばマイカガスケット）が介在しており、シールされている。図２に示すように、セル構造はカソードガス流路６Ａをもつ。カソードガス流路６Ａは、厚み方向に貫通するように形成されたカソードガスマニホルド通路６１と、カソードガスマニホルド通路６１のカソードガス（空気等の酸素含有ガス）をカソード２３に向けて供給させるカソードガス連通孔６２と、発電反応に使用されたカソードオフガスをカソード２３から排出させるカソードオフガス連通孔６３と、厚み方向に貫通するように形成されたカソードオフガスマニホルド通路６４とをもつ。
【００２０】
図３に示すように、セル構造はアノードガス流路７Ａをもつ。アノードガス流路７Ａは、厚み方向に貫通するように形成されたアノードガスマニホルド通路７１と、アノードガスマニホルド通路７１のアノードガス（水素含有ガス）をアノード２２に向けて供給させるアノードガス連通孔７２と、発電反応に使用された燃料オフガスであるアノードオフガスをアノード２２から排出させるアノードオフガス連通孔７３と、厚み方向に貫通するように形成されたアノードオフガスマニホルド通路７４とをもつ。
【００２１】
図２及び図３に示すように、シールガスケット８は、主シール部６の端面６ｅとカソード側のセパレータ３の壁面３ｅとの間に介在する。図４はシールガスケット８の組み付け過程の概念を模式的に示す。図５は、シールガスケット８の厚み方向に沿って切断したシールガスケット８の断面の概念を模式的に示す。図５は図８のＶ−Ｖ線にほぼ相当する。
【００２２】
図４および図５に示すように、シールガスケット８は、シールガスケット８の厚み方向（矢印Ｔ方向）において互いに対向する電気絶縁性をもつ電気絶縁材料（マイカ等）で形成された第１絶縁板８１および第２絶縁板８２と、当該厚み方向（矢印Ｔ方向，セル積層体１の積層方向）において第１絶縁板８１および第２絶縁板８２の間に設けられ当該厚み方向（矢印Ｔ方向）にバネ弾性を発揮するバネ部８３とを備えている。厚み方向の外側には、第１絶縁板８１および第２絶縁板８２が設けられているため、シールガスケット８はこれの厚み方向（矢印Ｔ方向）において電気絶縁性をもつ。バネ部８３は、厚み方向において互いに対向する金属を母材とする第１対向板８４および第２対向板８５と、第１対向板８４および第２対向板８５の双方に設けられた複数のバネ突起８６とを有する。金属としては、炭素鋼、合金鋼（ステンレス鋼を含む）等が例示される。ステンレス鋼としてはフェライト系、オーステナイト系、マルテンサイト系が挙げられる。なお、第１絶縁板８１および第２絶縁板８２は、対向板８４，８５に無機接着材等の耐熱性をもつ接着材で接着させても良いし、接着せずに接触させておくだけでも良い。
【００２３】
バネ突起８６は、当該厚み方向において他方に向けてほぼ半球状に突出する。このようにバネ部８３は、シールガスケット８の厚み方向において、第１絶縁板８１および第２絶縁板８２の間に設けられており、当該厚み方向にバネ弾性を発揮する。このため、セル２およびセパレータ３が主シール部６と共に厚み方向に積層されるとき、セパレータ３と主シール部６との間におけるシール性を高めることができる。殊に、第１対向板８４および第２対向板８５は板状であるため、高い可撓性をもち、高い変形能をもつ。更に、第１絶縁板８１および第２絶縁板８２も電気絶縁材料で形成されているものの、薄板状であるため、電気絶縁性を示しつつ、変形性をもつ。このような本実施形態に係るシールガスケット８は、厚み方向の高いバネ性を発揮でき、ひいては高いシール性を発揮でき、従って、アノード２２とカソード２３との間におけるガスリークを抑えることができる。
【００２４】
ここで、バネ突起８６は、金属板にプレス成形により加圧成形されて突設されたディンプル８６ｄである。バネ突起８６を形成するディンプル８６ｄは、シールガスケット８の厚み方向において、第１絶縁板８１および第２絶縁板８２の間に設けられており、当該厚み方向（矢印Ｔ方向）にバネ弾性を発揮する。ディンプル８６ｄの頂部８６ｆは、相手側の対向板８４，８５に当接していることが好ましい。但しこれに限定されるものではなく、セル積層体１の積層初期では、場合によっては、ディンプル８６ｄの頂部８６ｆは、相手側の対向板８４，８５に非接触でも良い。
【００２５】
図６に示すように、ディンプル８６ｄの頂部８６ｆの裏側には空間８６ｖが形成されており、空間８６ｖによりディンプル８６ｄの周壁の弾性変形性が確保されている。ここで、ディンプル８６ｄの頂部８６ｆに荷重ＦＡが作用すると、ディンプル８６ｄの周壁に沿って荷重ＦＡを効率よく分散できる。更にディンプル８６ｄは平面視（図７）では、ほぼ円形であるため、周方向（矢印Ｓ方向）においても、効率よく荷重分散性を高めることができる。このため、セル２およびセパレータ３が厚み方向に積層されてセル積層体１が組み付けられるとき、シールガスケット８によりシール性を高めることができる。シールガスケット８はアノード２２とカソード２３との間に介在するため、アノード２２とカソード２３との間におけるガスリークを抑えることができる。
【００２６】
なお本実施形態によれば、図５から理解できるように、第１対向板８４に形成されているディンプル８６ｄと、第２対向板８５に形成されているディンプル８６ｄとは、互いに衝突しない位置に間隔を隔てて設けられている。ディンプル８６ｄの弾性変形性が良好に確保される。図８に示すように、平面視では、複数のディンプル８６ｄは間隔を隔てて分離されているため、長いリブ突起が所定長さで連続している形態に比較して、過剰な方向性を軽減できる。よって対向板８４，８５の各部位における可撓性の均一化を図るのに有利であり、ひいてはシールガスケット８の可撓性の均一化を図るのに有利である。
【００２７】
本実施形態によれば、ディンプル８６ｄは、金属板をプレス成形型で加圧成形させることにより形成されている。このため、シールガスケット８の厚み方向（矢印Ｔ方向）におけるバネ弾性を良好に確保させつつ、第１対向板８４および第２対向板８５の板厚方向へガスをリークさせることが無く、シール性を高めることができる。更に、ディンプル８６ｄは金属板にプレス成形させることにより形成されているため、多数のディンプル８６ｄを金属板に簡単に少ない工程で（一般的には１度）に形成することができる。
【００２８】
プレス成形は冷間成形、温間成形、熱間成形のいずれでも良い。冷間成形であれば、ディンプル８６ｄを加工硬化により強化することを期待できる。温間成形または熱間成形であれば、ディンプル８６ｄの成形性を高めることができる。ディンプル８６ｄとは、球状面または疑似球状面等の丸み突面をもつドーム形の突起を意味する。各ディンプル８６ｄはプレス成形型により厚み方向に加圧成形されて成形されているため、組織の緻密化が進行し、強化されて強度確保上有利である。
【００２９】
本実施形態によれば、シールガスケット８はこれの厚み方向（矢印Ｔ方向）に弾性的な圧縮性を示すため、セル積層体１の積層方向においてセル積層体１が加圧されるとき、シールガスケット８は高いシール性を実現しつつ、厚み方向に弾性収縮できる。このため予め、シールガスケット８の厚みＴＡ（図２，図５参照）を大きめに設定しておけば、図２および図３に示すように、セル積層体１の積層方向においてセル積層体１が加圧されるように組み付けられたとき、カソード２３の表面２３ｓとカソード用多孔質集電体５の表面５ｓとの電気的接触性を高めることができる。同様に、セパレータ３の表面３ｋとカソード用多孔質集電体５の表面５ｋとの電気的接触性を高めることができる。このため高いシール性を確保しつつ、高い集電性を実現できる。
【００３０】
図４及び図５に示すように、シールガスケット８の外縁部に沿って第１対向板８４と第２対向板８５との間には、ガラス系シール材料を母材とするリング状の外縁シール部８７が当該外縁部を１周するように介在している。このためシールガスケット８において第１対向板８４と第２対向板８５との間は、外縁シール部８７でシールされている。換言すると、第１絶縁板８１と第２絶縁板８２との間は、外縁シール部８７でシールされている。従って、アノードガスやカソードガスは、第１対向板８４と第２対向板８５との間の空間に進入することが抑止されている。即ち、アノードガスやカソードガスは、シールガスケット８の内部に進入できない。更に、燃料電池装置の組付時においては、第１絶縁板８１と第１対向板８４とは互いに密着するため、第１絶縁板８１と第１対向板８４との間にガスが進入することは抑えられる。同様に、第２絶縁板８２と第２対向板８５とは互いに密着するため、第２絶縁板８２と第２対向板８５との間にガスが進入することは抑えられる。
【００３１】
図８は、絶縁板８１，８２が取り除かれた状態において、シールガスケット８の平面視の概念を模式的に示す。図８に示すように、シールガスケット８には、ドーム状の多数のディンプル８６ｄの他に、締結具１３を挿入するための複数の孔１３ｘが形成され、カソードガスマニホルド通路６１を形成するための孔６１ｘ、カソードオフガスマニホルド通路６４を形成するための孔６４ｘ、アノードガスマニホルド通路７１を形成するための孔７１ｘ、アノードオフガスマニホルド通路７４を形成するための孔７４ｘ、カソード用多孔質集電体５を挿入するための孔５ｘが、シールガスケット８をこれの厚み方向に貫通するようにそれぞれ分散された状態で形成されている。
【００３２】
更に図８、図９（Ａ）に示すように、孔７１ｘの外縁をシールすべく、孔７１ｘを１周するようにリング状の外縁シール部７１ｍが当該外縁部を１周するように介在している。同様に、孔１３ｘの外縁をシールすべく、孔１３ｘを１周するようにリング状の外縁シール部１３ｍが当該外縁部を１周するように介在している。孔６１ｘの外縁をシールすべく、孔６１ｘを１周するようにリング状の外縁シール部６１ｍが当該外縁部を１周するように介在している。孔６４ｘの外縁をシールすべく、孔６４ｘを１周するようにリング状の外縁シール部６４ｍが当該外縁部を１周するように介在している。孔７４ｘの外縁をシールすべく、孔７４ｘを１周するようにリング状の外縁シール部７４ｍが当該外縁部を１周するように介在している。孔５ｘの外縁をシールすべく、孔５ｘを１周するようにリング状の外縁シール部５ｍが当該外縁部を１周するように介在している。
【００３３】
リング状の外縁シール部１３ｍ，６１ｍ，６４ｍ，７１ｍ，７４ｍ，５ｍはガラス系シール材料であることが好ましく、対向板８４，８５で挟持されて対向板８４，８５間をシールする。このガラス系シール材料は、燃料電池装置の使用温度領域（例えば４００〜１０００℃の範囲）において軟化するため、セル積層体１の積層方向においてセル積層体１が加圧されるとき、積層の際の加圧力を吸収しつつ、高いシール性を実現できる。
【００３４】
また図９（Ｂ）に示す例のように、孔７１ｘの外縁をシールすべく、孔シール部７１ｍに代えて、孔７１ｘを１周するように孔シール部７１ｍが塗布されて積層されていることにしても良い。孔シール部７１ｍは、塗布可能なガラス系シール材料であることが好ましい。このガラス系シール材料は、燃料電池装置の使用温度領域（例えば４００〜１０００℃の範囲）において軟化するため、セル積層体１の積層方向においてセル積層体１が加圧されるとき、積層の際の加圧力を吸収しつつ、高いシール性を実現できる。孔シール部１３ｍ，６１ｍ，６４ｍ，７４ｍ，５ｍについても、図９（Ｂ）に示す例のように、孔シール部７１ｍの形態としても良い。
【００３５】
以上説明した本実施形態によれば、シールガスケット８は、シールガスケット８の厚み方向において互いに対向する電気絶縁性をもつ電気絶縁材料で形成された第１絶縁板８１および第２絶縁板８２と、当該厚み方向において第１絶縁板８１および第２絶縁板８２の間に設けられ当該厚み方向にバネ弾性を発揮するバネ部８３とを備える。このためシールガスケット８は、これの厚み方向において電気絶縁性をもつ。更に、バネ部８３は、シールガスケット８の厚み方向において、第１絶縁板８１および第２絶縁板８２の間に設けられており、当該厚み方向にバネ弾性を発揮する。このため、セル２、セパレータ３が厚み方向に積層されるとき、シール性を高めることができる。ひいてはアノード２２とカソード２３との間におけるガスリークを抑えることができる。
【００３６】
（試験例）
上記した実施形態に係る燃料電池装置に係る試験片を作製し、試験片を試験した。試験片では、セパレータの母材は鉄−クロム合金 で形成されており、ZMG232L（日立金属 株式会社）とし、厚み１．０ミリメートル、長さおよび幅はそれぞれ２００ミリメールとされていた。シールガスケット８については、第１絶縁板および第２絶縁板はマイカとされており、マイカの厚みは０．３ミリメートル、内径は１００ミリメートとされていた。外縁シール部についてはガラス系シール材料とし、厚みは３．０ミリメートル、長さおよび幅は２００ミリメートルとされていた。アノード用の多孔質集電体５については、初期厚みは１．４ミリメートルとされ、気孔率は９５％（体積比）、外径は１００ミリメートルとされていた。更に、アノード２２については、母材はＮｉ＋ＹＳＺであり、厚みは１．０ミリメートル、外径は１００ミリメートルとされていた。電解質膜２１については、母材はＹＳＺであり、厚みは０．０２ミリメートル、外径は１００ミリメートルとされていた。カソード２３については、母材はＬＳＣＦ、厚みは０．０５ミリメートル、外径は８０ミリメートルとされていた。試験の結果、発電運転が長時間実施されたとしても、アノード２２とカソード２３との間におけるガスリークを抑えることができた。
【００３７】
（実施形態２）
図１０および図１１は実施形態２の概念を模式的に示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用および効果を示す。図１０に示すように、シールガスケット８の外輪郭部を１周するようにシール部８ｒがリング状に形成されている。シール部８ｒは、シールガスケット８の厚み方向において外方に向けて突出量Δｔで突出する。図１１に示すように、シール部７１ｍも、シールガスケット８の厚み方向において外方に向けて突出量Δｔで突出する。孔シール部１３ｍ，６１ｍ，６４ｍ，７４ｍ，５ｍも、同様に、シールガスケット８の厚み方向において外方に向けて突出量Δｔで突出する。
【００３８】
（実施形態３）
図１２は実施形態３の概念を模式的に示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用および効果を示す。図１２に示すように、第１対向板８４に形成されているディンプル８６ｄの高さｈ１は、第２対向板８５に形成されているディンプル８６ｄの高さｈ２よりも低くされている。図１２に示すように、第２対向板８５に形成されているディンプル８６ｄの頂部８６ｆは第１対向板８４に当接する。しかし、セル積層体１を積層方向に加圧させる加圧力が高くないときには、第１対向板８４に形成されているディンプル８６ｄの頂部８６ｆは第２対向板８５に非接触であり、隙間Ｓ１を形成している。従って、セル積層体１の積層初期では、シールガスケット８の厚み方向のバネ性は柔らかめである。
【００３９】
これに対して、セル積層体１を積層方向に加圧させる加圧力が次第に高くなり、閾値を超えると、第１対向板８４に形成されているディンプル８６ｄの頂部８６ｆは第２対向板８５に当接するため、シールガスケット８の厚み方向のバネ性は硬めとなる。このようにディンプル８６ｄの高さを調整すれば、シールガスケット８の厚み方向のバネ定数を調整できる。
【００４０】
（実施形態４）
図１３は実施形態４の概念を模式的に示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用および効果を示す。図１３に示すように、シールガスケット８は主シール部６とセパレータ３との間に介在している。シールガスケット８は電解質膜２１に直接接触しているのではなく、シール部６のうち、電解質２１の端部２１ｐを被覆する被覆部６ｗに接触する。本実施形態においても、シールガスケット８は、これの厚み方向において高い電気絶縁性および高いバネ性をもつ。このため、セル２、セパレータ３が厚み方向に積層されるとき、シール性を高めることができる。ひいてはアノード２２とカソード２３との間におけるガスリークを抑えることができる。
【００４１】
（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。外縁シール部８７，孔シール部１３ｍ，６１ｍ，６４ｍ，７１ｍ，７４ｍはガラス系シール材料とされているが、これに限られるものではなく、要するに燃料電池装置の使用温度領域においてシール性をもつものであれば何でも良い。絶縁板８１，８２はマイカに限定されず、要するに燃料電池装置の使用温度領域において電気絶縁性をもつものであれば何でも良い。バネ突起８６はディンプルに限定されず、バネ性をもつものであれば良い。第１対向板８４および第２対向板８５の双方にディンプル８６ｄが形成されているが、いずれか一方のみに形成しても良い。
【符号の説明】
【００４２】
１はセル積層体、１１，１２はエンドプレート、１３は締結具、２はセル、２１は電解質膜、２２はアノード、２３はカソード、３はセパレータ、４は多孔質集電体、５は多孔質集電体、６は主シール部、６Ａはカソードガス流路、７Ａはアノードガス流路、８はシールガスケット、８１は第１絶縁板、８２は第２絶縁板、８３はバネ部、８４は第１対向板、８５は第２対向板、８６はバネ突起、８６ｄはディンプル、８７は外縁シール部を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン伝導性をもつ電解質膜と前記電解質膜をこれの厚み方向に挟むアノードおよびカソードを有するセルと、
前記セルをこれの厚み方向に挟む位置に設けられた二つのセパレータと、
アノードガスを前記セルの前記アノードに供給させるアノードガス流路と、
カソードガスを前記セルの前記カソードに供給させるカソードガス流路と、
前記セルを挟む二つの前記セパレータの間に介在して設けられ前記アノードと前記カソードとの間におけるガスリークを抑えるシールガスケットとを具備する燃料電池装置において、
前記シールガスケットは、
前記シールガスケットの厚み方向において互いに対向する電気絶縁性をもつ電気絶縁材料で形成された第１絶縁板および第２絶縁板と、当該厚み方向において前記第１絶縁板および前記第２絶縁板の間に設けられ当該厚み方向にバネ弾性を発揮するバネ部とを具備する固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項２】
請求項１において、前記バネ部は、当該厚み方向において互いに対向する第１対向板および第２対向板と、前記第１対向板および前記第２対向板のうちの少なくとも一方に設けられ当該厚み方向において他方に向けて突出する複数のバネ突起とで形成されている固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項３】
請求項２において、前記第１対向板および前記第２対向板は金属板であり、前記バネ突起は、金属板にプレス成形により突設されたディンプルである固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記シールガスケットの外縁部に沿って前記第１対向板と前記第２対向板との間には、外縁シール部が介在している固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項１】
イオン伝導性をもつ電解質膜と前記電解質膜をこれの厚み方向に挟むアノードおよびカソードを有するセルと、
前記セルをこれの厚み方向に挟む位置に設けられた二つのセパレータと、
アノードガスを前記セルの前記アノードに供給させるアノードガス流路と、
カソードガスを前記セルの前記カソードに供給させるカソードガス流路と、
前記セルを挟む二つの前記セパレータの間に介在して設けられ前記アノードと前記カソードとの間におけるガスリークを抑えるシールガスケットとを具備する燃料電池装置において、
前記シールガスケットは、
前記シールガスケットの厚み方向において互いに対向する電気絶縁性をもつ電気絶縁材料で形成された第１絶縁板および第２絶縁板と、当該厚み方向において前記第１絶縁板および前記第２絶縁板の間に設けられ当該厚み方向にバネ弾性を発揮するバネ部とを具備する固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項２】
請求項１において、前記バネ部は、当該厚み方向において互いに対向する第１対向板および第２対向板と、前記第１対向板および前記第２対向板のうちの少なくとも一方に設けられ当該厚み方向において他方に向けて突出する複数のバネ突起とで形成されている固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項３】
請求項２において、前記第１対向板および前記第２対向板は金属板であり、前記バネ突起は、金属板にプレス成形により突設されたディンプルである固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記シールガスケットの外縁部に沿って前記第１対向板と前記第２対向板との間には、外縁シール部が介在している固体酸化物形燃料電池装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−５１１２８（Ｐ２０１３−５１１２８Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８８４６８（Ｐ２０１１−１８８４６８）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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