(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池セル管と金属との接合部における燃料電池の効率の阻害要因を低減する。【解決手段】表面に燃料電池セルを形成された燃料電池セル管１、貫通している穴を有する金属板２、及び燃料電池セル管１と金属板２とを接合するシール構造３とを具備する燃料電池セル管と金属との結合構造を用いる。シール構造３は、燃料電池セル管１と金属板２との間に介設されるリング４と、リング４と燃料電池セル管１との間に介設される接着層５とを備えている。金属板２は、その穴においてリング４に接合している。接着層５は、金属板２と燃料電池セル管１とを電気的に絶縁するように所定の電気抵抗を有している。【選択図】図１
2006032102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に燃料電池セルを形成された管としての燃料電池セル管と、
貫通している穴を有する金属板と、
前記燃料電池セル管と前記金属板とを接合するシール構造と
を具備し、
前記シール構造は、
前記燃料電池セル管と前記金属板との間に介設されるリングと、
前記リングと前記燃料電池セル管との間に介設される接着層と
を備え、
前記金属板は、前記穴において前記リングに接合し、
前記接着層は、前記金属板と前記燃料電池セル管とを電気的に絶縁するように所定の電気抵抗を有する
燃料電池セル管と金属との結合構造。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池セル管と金属との結合構造において、
前記接着層は、高純度アルミナを含有する接着剤から形成され、
前記接着剤は、前記リングと前記燃料電池セル管とを接着する
燃料電池セル管と金属との結合構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池セル管と金属との結合構造において、
前記リングの線膨張係数は、前記金属板と前記リングとの間の気体の漏洩が十分にシールされるように、前記金属板の線膨張係数に近似する
燃料電池セル管と金属との結合構造。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池セル管と金属との結合構造において、
前記金属板は、フェライト系ステンレス鋼により形成され、
前記リングは、マグネシアにより形成されている
燃料電池セル管と金属との結合構造。
【請求項５】
請求項２に記載の燃料電池セル管と金属との結合構造において、
前記リングは、外周面側が金属であり、内周面側がセラミックであり、組成が厚み方向に変化している傾斜機能材料から形成されている
燃料電池セル管と金属との結合構造。
【請求項６】
請求項２に記載の燃料電池セル管と金属との結合構造において、
前記リングは、
金属リングと、
前記金属リングに内接するセラミックリングと、
を含む
燃料電池セル管と金属との結合構造。
【請求項７】
請求項１に記載の燃料電池セル管と金属との結合構造において、
前記接着層は、
前記リングと前記燃料電池セル管とを接着する接着剤と、
前記接着剤に分散された繊維と
を含む
燃料電池セル管と金属との結合構造。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池セル管と金属との結合構造において、
前記繊維は、複数本が撚りをかけられている糸に形成されている
燃料電池セル管と金属との結合構造。
【請求項９】
請求項７に記載の燃料電池セル管と金属との結合構造において、
前記繊維は、シート状に形成されている
燃料電池セル管と金属との結合構造。
【請求項１０】
請求項８又は９のいずれか一項に記載の燃料電池セル管と金属との結合構造において、
前記繊維は、前記燃料電池セル管が延長している方向について一様に分布している
燃料電池セル管と金属との結合構造。
【請求項１１】
請求項８又は９のいずれか一項に記載の燃料電池セル管と金属との結合構造において、
前記繊維は、前記燃料電池セル管が延長している方向について分布を有する
燃料電池セル管と金属との結合構造。
【請求項１２】
請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の燃料電池セル管と金属との結合構造において、
前記接着層は、チップ状に形成された他の繊維が更に分散されている
燃料電池セル管と金属との結合構造。
【請求項１３】
請求項７に記載の燃料電池セル管と金属との結合構造において、
前記繊維は、チップ状に形成されている
燃料電池セル管と金属との結合構造。
【請求項１４】
請求項１に記載の燃料電池セル管と金属との結合構造において、
前記接着層は
第１接着層と、
前記第１接着層に、前記燃料電池セル管の中心線の方向に多層化される第２接着層と
を含み、
前記第１接着層は強度性能が重視され、前記第２接着層はシール性能が重視される
燃料電池セル管と金属との結合構造。
【請求項１５】
請求項１４に記載の燃料電池セル管と金属との結合構造において、
前記第１接着層は無機系材料で形成され、前記第２接着層は樹脂系材料で形成される
燃料電池セル管と金属との結合構造。
【請求項１６】
請求項１４に記載の燃料電池セル管と金属との結合構造において、
前記第１接着層は無機系材料で形成され、前記第２接着層はガラス系材料で形成される
燃料電池セル管と金属との結合構造。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１６記載のいずれか一項に記載の結合構造と、
前記結合構造の金属板を側面として含み、前記結合構造の燃料電池セル管内に燃料ガス又は酸化剤ガスを供給する供給室と
を具備する燃料電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セル管と金属との結合構造に関し、特に、燃料電池のセルと管板を接合する燃料電池セル管と金属との結合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の小型化と単位体積当たりの出力の増加のために、複数の燃料電池セルを含むセラミックス管（燃料電池セル管）が複数本集合した燃料電池モジュールの研究が行われている。燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セル管（セラミックスの管）と金属板との結合構造で形成されている。金属とセラミックスとの接合的結合は困難である。特に、それらの間のシール性能を保証する結合が困難である。燃料電池モジュールの結合構造は、図１３に示されるように、燃料電池セル管を保持する管板である円板（金属板）１０１と、その円板１０１を管軸方向に貫通して装着される燃料電池セル管１０２とから構成されている。円板１０１と燃料電池セル管１０２の間にシール構造が介設される。シール構造１０３は、シール性能と接合強度との両面で十分な性能を有することが重要である。シール構造１０３は、円板１０１と燃料電池セル管１０２との間に介設されるシールリング１０４を構成している。シールリング１０４と燃料電池セル管１０２の間には、接着性接合材１０５が用いられている。円板１０１とシールリング１０４とは、第１接合面１０６と第２接合面１０７とで接合している。
【０００３】
起電力を生成する燃料電池セル管１０２は、外部と電気的に絶縁されていることが好ましく、円板１０１は、外部（たとえば、使用ガスを供給する配管）と絶縁されている。このように、燃料電池モジュールは、絶縁のための部品を設ける必要があり、製造コストを増加させている。燃料電池セルと外部との間に発生するリーク電流をより安価に低減することが望まれている。
【０００４】
円板１０１と燃料電池セル管１０２とは数百度以上に高温化する。多数の燃料電池セル管１０２の伸び方向は整合していないので、不整合力を円板１０１に与えることが考えられる。その場合、円板１０１の上下に異なるガスを使用していると、円板１０１の上下間で、使用ガスの漏洩が生じることが考えられる。使用ガスは、第１接合面１０６と第２接合面１０７を介して透過して漏洩し、更に、接着性接合材１０５を透過して漏洩することが考えられる。高温に起因する熱変形は、第１接合面１０６と第２接合面１０７の密着性能の劣化を招くことも考えられる。接着性接合材１０５として、強度向上のために無機系接着材が使用されている。無機系接着材で形成される無機系接着材層は、ポーラス状に形成されている場合がある。そのとき、使用ガスに対して透過性が強くなる。シール性能の向上が求められる。シール構造の強化が求められる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３０８８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、燃料電池セル管と金属との接合部における燃料電池の効率の低下要因を低減することが可能な燃料電池セル管と金属との結合構造を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、燃料電池セルと外部との間に発生するリーク電流をより低減する燃料電池セル管と金属との結合構造を提供することにある。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、燃料電池セル管と金属との接合箇所におけるシール性能を向上させることができる燃料電池セル管と金属との結合構造を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、燃料電池セルと外部との間に発生するリーク電流をより安価に低減する燃料電池セル管と金属との結合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池セル管と金属との結合構造は、表面に燃料電池セルを形成された管としての燃料電池セル管（１）と、貫通している穴を有する金属板（２）と、燃料電池セル管（１）と金属板（２）とを接合するシール構造（３）とを具備している。シール構造（３）は、燃料電池セル管（１）と金属板（２）との間に介設されるリング（４）と、リング（４）と燃料電池セル管（１）との間に介設される接着層（５）とを備えている。金属板（２）は、その穴においてリング（４）に接合している。接着層（５）は、金属板（２）と燃料電池セル管（１）とを電気的に絶縁するように所定の電気抵抗を有している。
【００１２】
上記の燃料電池セル管と金属との結合構造において、接着層（５）は、高純度アルミナを含有する接着剤から形成されている。その接着剤は、リング（４）と燃料電池セル管（１）とを接着している。
【００１３】
上記の燃料電池セル管と金属との結合構造において、リング（４）の線膨張係数は、金属板（２）とリング（４）との間の気体の漏洩が十分にシールされるように、金属板（２）の線膨張係数に近似している。
【００１４】
上記の燃料電池セル管と金属との結合構造において、金属板（２）は、フェライト系ステンレス鋼により形成されている。リング（４）は、マグネシアにより形成されている。
【００１５】
上記の燃料電池セル管と金属との結合構造において、リング（４）は、外周面側が金属であり、内周面側がセラミックである。組成が厚み方向に変化している傾斜機能材料（６１）から形成されている。
【００１６】
上記の燃料電池セル管と金属との結合構造において、リング（４）は、金属リング（２１）と、金属リング（２１／３１／４１／５１）に内接するセラミックリング（２３／３２／４２／５２）とを含んでいる。
【００１７】
上記の燃料電池セル管と金属との結合構造において、接着層（５）は、リング（４）と燃料電池セル管（１）とを接着する接着剤（７２）と、接着剤（７２）に分散された繊維（７１）とを含んでいる。
【００１８】
上記の燃料電池セル管と金属との結合構造において、繊維（７１）は、複数本が撚りをかけられている糸に形成されている。
【００１９】
上記の燃料電池セル管と金属との結合構造において、繊維（７１）は、シート状に形成されている。
【００２０】
上記の燃料電池セル管と金属との結合構造において、繊維（７１）は、燃料電池セル管（１）が延長している方向について一様に分布している。
【００２１】
上記の燃料電池セル管と金属との結合構造において、繊維（７１）は、燃料電池セル管（１）が延長している方向について分布を有する。分布は、中央部に多く分布すること、及び、端部に多く分布すること、に例示される。
【００２２】
上記の燃料電池セル管と金属との結合構造において、接着層（５）は、チップ状に形成された他の繊維（８１）が更に分散されている。
【００２３】
上記の燃料電池セル管と金属との結合構造において、繊維（７１）は、チップ状に形成されている。
【００２４】
上記の燃料電池セル管と金属との結合構造において、接着層（５）は、第１接着層（９１）と、第１接着層（９１）に燃料電池セル管（１）の中心線の方向に多層化される第２接着層（９２）とを含んでいる。第１接着層（９１）は強度性能が重視され、第２接着層（９２）はシール性能が重視される。
【００２５】
上記の燃料電池セル管と金属との結合構造において、第１接着層（９１）は無機系材料で形成され、第２接着層（９２）は樹脂系材料で形成されている。
【００２６】
上記の燃料電池セル管と金属との結合構造において、第１接着層（９１）は無機系材料で形成され、第２接着層（９２）はガラス系材料で形成されている。
【００２７】
上記課題を解決するために本発明の燃料電池モジュールは、上記各項いずれかの結合構造と、供給室とを具備する。供給室は、結合構造の金属板を側面として含み、結合構造の燃料電池セル管内に燃料ガス又は酸化剤ガスを供給する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、燃料電池セル管と金属との接合部における燃料電池の効率の阻害要因を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の燃料電池セル管と金属との結合構造の実施の形態を説明する。図１は、本発明の燃料電池セル管と金属との結合構造の実施の形態の構成を示す断面図である。その結合構造は、複数の燃料電池セルを含むセラミクス製の管としての燃料電池セル管１、燃料電池セル管１を保持する金属製の板としての管板２、及び、燃料電池セル管と金属との結合構造としてのシール構造３を具備する。
【００３０】
燃料電池セル管１は、管板２に管軸方向に貫通されて、シール構造３により管板２と結合されている。内部に燃料ガス（例示：水素）を通す管である。管板２は、その強度が十分である強度範囲で、薄く形成されている。シール構造３は、管板２と燃料電池セル管１との間に介設されている。シール構造３は、シール性能と接合強度と電気的絶縁性との面で十分な性能を有することが重要である。
【００３１】
管板２は、金属板であり、燃料電池セル管１内に燃料ガス又は酸化剤ガスを供給する供給室の一部を構成する。供給室の一部は、供給室の一側面に例示される。
【００３２】
シール構造３は、管板２と燃料電池セル管１との間に介設されるシールリング４、及び、シールリング４と燃料電池セル管１との間に介設される接着層５を備える。管板２は、シールリング４の外周面と、接合面７で接合している。燃料電池セル管１と接着層５とシールリング４とは、同心的に配置されて、互いに密着的に接合している。
【００３３】
シールリング４は、金属（例示：Ｎｉ−Ｃｒ鋼、ステンレス鋼）又はセラミックス（例示：安定化ジルコニア、アルミナ）で形成されている。接着層５は、セメント、アルミナに例示される無機質接着剤で形成されている。無機質接着剤は、金属、電解質に例示される不純物が含有することにより、電気伝導率を大きく変化する。無機質接着剤は、接着層５が所定の厚さで要求される電気抵抗以上になるように純度が高く設定されている。
【００３４】
以下、シールリング４に関してより詳細に説明する。
【００３５】
なお、シールリング４は、内周面と外周面との間の電気抵抗が、要求される電気抵抗以上であるセラミックにより形成されることもできる。このとき、シールリング４は、マグネシア（酸化マグネシウムＭｇＯ）により形成され、管板２は、フェライト系ステンレス鋼により形成されている。シールリング４の外周面と管板２の接合面７とは、シールリング４と管板２との線膨張係数が大きく異なると、温度変化により、隙間が生じて、シール性が悪くなり、燃料電池使用ガス（例示：水素のような燃料ガス）の漏洩につながる。マグネシアとフェライト系ステンレス鋼とは、線膨張係数がそれぞれ１２〜１３×１０−６であり、使用ガスの漏洩を防止することができる。さらに、シール構造３は、接着層５として公知の接着剤を用いたときにも、燃料電池セル１と管板２との間に要求される電気抵抗を与えて、セルと外部との間に発生するリーク電流をより低減することができる。この結果、本発明による燃料電池セル管と金属との結合構造は、燃料電池セル管１と外部との間に発生するリーク電流を管板２と外部とを絶縁することより安価に低減することができる。
【００３６】
図２は、シール構造の実施の他の形態を示す断面図である。シールリング４は、金属リング２１、接着剤２２およびセラミックリング２３から形成されている。金属リング２１は、円筒状に形成され、管板２と線膨張係数が概ね等しい金属から形成されている。金属リング２１は、管形成板２と同種の金属を用いることが使用ガスの漏洩を防止する点で最適である。セラミックリング２３は、厚さ１ｍｍ以上の円筒状に形成され、アルミナから形成されている。金属リング２１とセラミックリング２３は、中心軸心線Ｌに垂直な方向に積層されている。このようなセラミックリング２３は、内周面から外周面までの電気抵抗が要求される電気抵抗より大きくなる。セラミックリング２３は、アルミナ以外の絶縁性の物質で形成されるときにも、同様にして厚さが設定される。接着剤２２は、所定の強度性能と所定のシール性能を有し、接着層５と同種の接着剤を用いることが最適である。
【００３７】
このようなシール構造３は、管板２と金属リング２１との線膨張係数が概ね等しいことにより、高温化する管板２の膨張収縮に対応して常態的に管板２とシールリング４との密着的接合関係を維持することができる。さらに、シール構造３は、セラミックセル１と管板２との間に要求される電気抵抗を与えて、セルと外部との間に発生するリーク電流をより低減することができる。
【００３８】
図３は、シール構造３の実施のさらに他の形態を示す断面図である。シールリング４は、金属リング３１とセラミックリング３２とから形成されている。金属リング３１は、円筒状に形成され、管板２と線膨張係数が概ね等しい金属から形成されている。セラミックリング３２は、厚さ１ｍｍ以上の円筒状に形成され、アルミナから形成されている。金属リング３１とセラミックリング３２は、中心軸心線Ｌに垂直な方向に積層されている。金属リング３１は、セラミックリング３２を締め付けるように弾性力を付勢してセラミックリング３２と締結している。
【００３９】
金属リング３１は、セラミックリング３２より中心軸心線Ｌの方向に長く、内周面の端部に中心軸心線のＬ側に張り出した張り出し部分がさらに設けられている。その張り出し部分は、セラミックリング３２が金属リング３１の円筒の外側に抜け出ることを防止している。
【００４０】
図３に示されている第１シールリング層４の製造方法を以下に説明する。まず、金属リング３１とセラミックリング３２とは、独立に製造される。加熱されて膨張した金属リング３１は、円筒の内部にセラミックリング３２が挿入された後に、冷却収縮されセラミックリング３２と締結する。すなわち、金属リング３１とセラミックリング３２とは、焼きばめによりを締結している。
【００４１】
このようなシール構造３は、管板２と金属リング３１との線膨張係数が概ね等しいことにより、高温化する管形成板２の膨張収縮に対応して常態的に管形成板２とシールリング４との密着的接合関係を維持することができる。さらに、シール構造３は、燃料電池セル管１と管板２との間に要求される電気抵抗を与えて、セルと外部との間に発生するリーク電流をより低減することができる。
【００４２】
図４は、シール構造３の実施のさらに他の形態を示す断面図である。シールリング４は、金属リング４１とセラミックリング４２とから形成されている。金属リング４１は、円筒状に形成され、管板２と線膨張係数が概ね等しい金属から形成されている。セラミックリング４２は、厚さ１ｍｍ以上の円筒状に形成され、アルミナから形成されている。金属リング４１とセラミックリング４２は、中心軸心線Ｌに垂直な方向に積層されている。
【００４３】
図４に示されているシールリング４の製造方法を以下に説明する。まず、金属リング４１が、製造される。金属リング４１の内周面に、セラミックを厚さ１ｍｍ以上に蒸着させてセラミックリング４２を形成する。蒸着を用いることは、緻密で密着性の高い膜を得られる点で好ましい。
【００４４】
このようなシール構造３は、管板２と金属リング４１との線膨張係数が概ね等しいことにより、高温化する管板２の膨張収縮に対応して常態的に管板２と第１シールリング層４との密着的接合関係を維持することができる。さらに、シール構造３は、セラミックセル１と管板２との間に要求される電気抵抗を与えて、セルと外部との間に発生するリーク電流をより低減することができる。
【００４５】
図５は、シール構造３の実施のさらに他の形態を示す断面図である。シールリング４は、金属リング５１とセラミックリング５２とから形成されている。金属リング５１は、円筒状に形成され、管形成板２と線膨張係数が概ね等しい金属から形成されている。セラミックリング５２は、厚さ１ｍｍ以上の円筒状に形成され、アルミナから形成されている。金属リング５１とセラミックリング５２は、中心軸心線Ｌに垂直な方向に積層されている。
【００４６】
図５に示されているシールリング４の製造方法を以下に説明する（断面図）。まず、セラミックリング５２が、製造される。セラミックリング５２の外周面に、金属を蒸着させて金属リング５１を形成する。金属を蒸着することは、より緻密でより密着性の高い膜を得易いという点で好ましい。また、外側の部材を蒸着することは、蒸着しやすいという点で好ましい。
【００４７】
このようなシール構造３は、管板２と金属リング６１との線膨張係数が概ね等しいことにより、高温化する管板２の膨張収縮に対応して常態的に管板２と第１シールリング層４との密着的接合関係を維持することができる。さらに、シール構造３は、セラミックセル１と管板２との間に要求される電気抵抗を与えて、セルと外部との間に発生するリーク電流をより低減することができる。
【００４８】
図６は、シール構造３の実施のさらに他の形態を示す断面図である。シールリング４は、傾斜機能材料６１により形成されている。その傾斜機能材料は、性質が位置により異なる材料であり、シールリング４は、外周面側６２が金属の性質を有し、内周面側６３がセラミックの性質を有している。図７は、シールリング４の組成を示すグラフである。シールリング４のセラミックの組成は、外周面側６２からの距離に関して単純に増加する関数であり、外周面側６２が０％であり、内周面側６３が１００％である。第１シールリング層４の金属の組成は、外周面側６２からの距離に関して単純に減少する関数であり、外周面側６２が１００％であり、内周面側６３が０％である。第１シールリング層４のセラミックの組成は、内周面側６３の１ｍｍ以上が１００％である。
【００４９】
このようなシール構造３は、管形成板２と第１シールリング層４の外周面側６２との線膨張係数が概ね等しいことにより、高温化する管板２の膨張収縮に対応して常態的に管板２とシールリング４との密着的接合関係を維持することができる。さらに、シール構造３は、セラミックセル１と管板２との間に要求される電気抵抗を与えて、セルと外部との間に発生するリーク電流をより低減することができる。
【００５０】
次に、接着層５に関してより詳細に説明する。
【００５１】
図８は、シール構造３の実施のさらに他の形態を示す断面図である。接着層５は、繊維７１と接着剤７２とから形成されている。繊維７１と接着剤７２とは、互いに相混じらない２つの物質から形成され、接着層５は、繊維７１が分散質であり、接着剤７２が分散媒である分散系を形成している。繊維７１は、ガラス繊維に例示される無機系の繊維であり、撚りをかけられて紐状に形成され、または、シート状の布または不織布に形成されている。繊維７１は、接着層５に中心軸心線Ｌの方向に概ね一様に分布している。接着剤７２は、セメントに例示される無機系接着剤である。
【００５２】
接着層５は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）と同様の機構により、強化されて割れの発生が防止される。接着剤２２を構成する無機系接着材は、一般にポーラスであり、多数の小さな空隙が分散している。燃料電池に使用される気体は、その多数の空隙を伝って管板２により区切られた内側と外側との間を透過する。繊維７１は、その多数の空隙の繋がりを分断し、気体の流路を迷路のように変形させて、気体を通りにくくして、接着層５のシール性能を向上させる。
【００５３】
紐状の繊維を用いることは、側板へのなじみ性が良い（側板の形状に対応しやすい）点で好ましい。一方、シート状の繊維を用いることは、繊維の側面に沿った方向における密度を一定にしやすい点で好ましい。
【００５４】
図８に示される本発明の結合構造の製造方法を以下に説明する。燃料電池セル管１は、まず、管板２と接合される領域に紐状またはシート状に形成されている繊維７１を周りに巻かれる。次いで、その繊維７１は、液状の接着剤７２が含浸させられる。その後に、燃料電池セル管１がシーリング４に挿入されて、接着層５がシーリング４の内側に配置される。接着剤７２は、その後に、固体化して燃料電池セル管１とシールリング４とを接着する。
【００５５】
液状の接着剤７２をその繊維７１に含浸させた後に燃料電池セル管１をシーリング４に挿入することは、繊維７１の隙間に接着剤７２を十分に含浸させるために有効である。なお、液状の接着剤７２をその繊維７１に含浸させることは、燃料電池セル管１がシーリング４に挿入された後に、実行することもできる。
【００５６】
図９は、シール構造３の実施のさらに他の形態を示す断面図である。繊維７１が接着層５の中心軸心線Ｌの方向の中央部に多く分布している。このような分布によれば、繊維７１の隙間に接着剤７２を図８のシール構造３より十分に含浸させることができる。図９のシール構造３は、さらに、図８のシール構造３と同様に、繊維７１がその多数の空隙の繋がりを分断し、気体の流路を迷路のように変形させて、気体を通り難くして、接着層５のシール性能を向上させる。
【００５７】
図１０は、シール構造３の実施のさらに他の形態を示す断面図である。繊維７１が接着層５の中心軸心線Ｌの方向の端部に多く分布している。このような分布によれば、繊維７１の隙間に接着剤７２を図８のシール構造３より十分に含浸させることができる。図１０のシール構造３は、さらに、図８のシール構造３と同様に、繊維７１がその多数の空隙の繋がりを分断し、気体の流路を迷路のように変形させて、気体を通りにくくして、接着層５のシール性能を向上させる。
【００５８】
図９及び図１０の場合、繊維を混入させる既述の効果のほかに、接着層５の繊維を含む部分が燃料電池セル管１及びシールリング４と接触する面の面積を小さくして、接着層５の繊維を含まない部分が燃料電池セル管１及びシールリング４と接触する面の面積を増加させることができる。繊維を含まない部分は、燃料電池セル管１とシールリング４との接着強度がより大きいので、接着層５全体としての強度を図８の場合に比較して向上させることができる。これにより、シール性能を向上させながら、接着強度を維持することができる。
【００５９】
図１１は、シール構造３の実施のさらに他の形態を示す断面図である。チップ状の繊維８１が接着層５の中心軸心線Ｌの方向に一様に分布している。シール構造３の製造方法は、繊維８１が分散された接着剤７２が、まず、管板２と接合される領域に塗布される。その後に、燃料電池セル管１がシーリング４に挿入され、接着剤７２は、固体化して燃料電池セル管１とシールリング４とを接着する。なお、燃料電池セル管１がシーリング４に挿入された後に、繊維８１が分散された接着剤７２を燃料電池セル管１とシーリング４との隙間に含浸させることもできる。
【００６０】
図１１のシール構造３は、さらに、図８のシール構造３と同様に、繊維８１がその多数の空隙の繋がりを分断し、気体の流路を迷路のように変形させて、気体を通りにくくして、接着層５のシール性能を向上させる。
【００６１】
なお、図８、図９または図１０の接着剤７２を図１１に示されているような繊維８１が分散された接着剤７２に置換することもできる。このとき、接着層５は、より強固であり、シール性がより向上して好ましい。
【００６２】
図１２は、シール構造３の実施のさらに他の形態を示す断面図である。接着層５は、中央側接着層９１と、端部側接着層９２とから形成されている。端部側接着層９２は、中央側接着層９１を軸方向に両側から挟んでいる。中央側接着層９１と端部側接着層９２の縦方向（軸方向）の材料選択の組合せが有効である。その組合せは、次の通りである。
【００６３】
第１組合せは、中央側接着層９１：無機系接着剤、及び、端部側接着層９２：ガラス系接着剤である。第２組合せは、中央側接着層９１：樹脂系接着剤、及び、端部側接着層９２：無機系接着剤である。
【００６４】
それぞれの組合せで、中央側接着層９１の材料と端部側接着層９２の材料は互いに置換可能である。無機系接着剤は接着強度を保証し、樹脂系接着剤とガラス系接着剤はシール性を保証する。中央側接着層９１と端部側接着層９２は、それの一方に強度性能が重要視されそれの他方にシール性能が重要視される。中央側接着層９１と端部側接着層９２は、（燃料電池セル管１の）半径方向に層化されずに軸方向に層化されることが重要である。複数の中央側接着層９１と複数の端部側接着層９２が交互に軸方向に配列されることは有効である。中央側接着層９１と端部側接着層９２は、軸方向に互いに接着性が高いことが重要である。中央側接着層９１と端部側接着層９２は、それぞれに、シールリング４と燃料電池セル管１に対して接着性が高いことが更に重要である。
【００６５】
樹脂系接着剤は、他の材料のもの比較して非常に高いシール性と強度とを有している。したがって、高いシール性や強度の要求される箇所において使用されることがより好ましい。一方、ガラス系接着剤は、他の材料のものと比較して非常に高い温度まで使用可能である。したがって、高温になる箇所において使用されることがより好ましい。
【００６６】
単一の材料で金属とセラミックの接着的密着性が十分でありシール性能が十分であることは困難であるが、金属のシールリング４とセラミックの燃料電池セル管１との間に強度性能とシール性能とを合わせ持つシール構造３は、セラミックの燃料電池セル管１と金属の管板２との間の強度性能とシール性能とを同時に十分に保証することができる。金属の管板２と金属のシールリング４との間は、機械的にそのシール性能が保証される。
【００６７】
図２〜図６において説明したシールリング４のいずれかを、図８〜図１２に関連して説明した接着層５のいずれかと組み合わせて使用することも可能である。
【００６８】
本発明により、燃料電池セルと外部との間に発生するリーク電流をより低減し、シール構造を強化し、シール性能を向上させることができる。それにより、燃料電池セル管と金属との接合部における燃料電池の効率の阻害要因を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】図１は、本発明の燃料電池セル管と金属との結合構造の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、シール構造の実施の他の形態を示す断面図である。
【図３】図３は、シール構造の実施のさらに他の形態を示す断面図である。
【図４】図４は、シール構造の実施のさらに他の形態を示す断面図である。
【図５】図５は、シール構造の実施のさらに他の形態を示す断面図である。
【図６】図６は、シール構造の実施のさらに他の形態を示す断面図である。
【図７】図７は、シールリングの組成を示すグラフである。
【図８】図８は、シール構造の実施さらに他の形態を示す断面図である。
【図９】図９は、シール構造の実施の他の形態を示す断面図である。
【図１０】図１０は、シール構造の実施のさらに他の形態を示す断面図である。
【図１１】図１１は、シール構造の実施のさらに他の形態を示す断面図である。
【図１２】図１２は、シール構造の実施のさらに他の形態を示す断面図である。
【図１３】図１３は、従来の燃料電池セル管と金属との結合構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  ：燃料電池セル管
２  ：管板
３  ：シール構造
４  ：シールリング
５  ：接着層
７  ：接合面
２１、３１、４１、５１：金属リング
２２、３２、４２、５２：接着剤
２３、：セラミックリング
６１：リング
６２：外周面
６３：内周面
７１：繊維
７２：接着剤
８１：チップ
９１：中央側接着層
９２：端部側接着層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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