(57)【要約】【課題】セル本体に対して温度による割れを発生させず、ガスマニホールドの隙間等からの単セル内部又は外部へのガス漏れを封止する平板型燃料電池スタックを提供する。【解決手段】本燃料電池スタック１は、単セル１０に設けられるセル本体１７に隣接してマイカ絶縁シート２ａ，２ｂを積層し、少なくとも単セル１０に設けられたガスマニホールド１３ａ〜１３ｄからの単セル１０の外部へのガス漏れ、又は、セル本体外周部１２ａからの単セル１０の内部へのガス漏れのいずれか一方を封止し、燃料電池スタック１に設けられた単セル１０以外の部分のガスマニホールド１３ａ〜１３ｄ外部へのガス漏れを封止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池のセル本体を含む単セルにマイカ絶縁シートを積層させて前記単セルの前記積層方向に加圧し、前記単セルに設けられたガスマニホールドから、少なくとも前記単セル外部、又は、前記単セル内部へのガス漏れのいずれか一方を封止することを特徴とする平板型燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１に記載の平板型燃料電池スタックであって、前記マイカ絶縁シートは、半硬化の状態の接着剤を加えて前記単セルに積層し、前記単セルの積層方向へ加圧して圧縮変形させて前記ガスマニホールドに存在する隙間に馴染ませ、前記圧縮変形後に硬化させて前記ガス漏れを封止することを特徴とする平板型燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の平板型燃料電池スタックであって、前記マイカ絶縁シートは、前記セル本体の外径より小さな内径の開口部を有して前記セル本体を両側から挟み込み、前記単セルの両端部に配置されたエンドプレート同士を締結するスタック固定ボルトを介した加圧により、前記単セル本体の外周部からのガス漏れを封止することを特徴とする平板型燃料電池スタック。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか1項に記載の平板型燃料電池スタックであって、前記マイカ絶縁シートは、前記マイカ絶縁シートの前記開口部と同形の開口部を有する金属スペーサと隣接して積層されることを特徴とする平板型燃料電池スタック。
【請求項５】
請求項４に記載の平板型燃料電池スタックであって、前記セル本体は、両端面において一対の前記マイカ絶縁シートを介して一対の前記金属スペーサにより挟み込まれることを特徴とする平板型燃料電池スタック。
【請求項６】
請求項1乃至５のいずれか１項に記載の平板型燃料電池スタックであって、前記単セルの端部に設けられた、少なくとも燃料極側インターコネクタ又は酸化極側インターコネクタのいずれか一方の外端にガスシール材を積層して組み込み、ボルトを介して前記単セルの積層方向に圧縮荷重を載荷し、前記ガスマニホールドから外部へのガス漏れを封止することを特徴とする平板型燃料電池スタック。
【請求項７】
請求項1乃至６のいずれか１項に記載の平板型燃料電池スタックであって、スタック取付け部材と、少なくとも頂部エンドプレート又は底部エンドプレートのいずれか一方の内端に前記ガスシール材を積層して組み込み、前記ボルトを介して前記単セルの積層方向に圧縮荷重を載荷し、前記ガスマニホールドから外部へのガス漏れを封止することを特徴とする平板型燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板型燃料電池スタックに係り、特に、マイカ絶縁シートを燃料電池スタックに積層して組み込んだ平板型燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
平板型燃料電池スタック、特に平板型の固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ；Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）の単セルには、積層された板材を貫通するガスマニホールドが設けられる。供給用ガスマニホールドから発電用の酸素などの酸化ガス及び水素などの燃料ガスが供給され、排気用ガスマニホールドへと排気される。これらのガスマニホールドを構成する板材同士の隙間などから酸化ガス又は燃料ガスが漏れる虞がある。従来は、単セルを構成する板材、スペーサ、セパレータなどをガラスシールで固定するガス封止手段が一般的であった。また、例えば溶接等により単セルを構成する板材、スペーサ、セパレータなどを固定する方法が採用される場合もあった。
【０００３】
本発明で用いられる「マイカ」とは日本語で雲母のことであり、ラテン語のＭｉｃａｒｅからマイカ（ｍｉｃａ）と称されている。このマイカは層状ケイ酸塩鉱物の一種であり、主成分はＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、及び結晶水である。マイカは、電気絶縁性及び耐熱性に優れており、電気製品の絶縁材料として使用されている。また、半硬化の状態のマイカは、常温にて柔軟性を有しているため、例えば表面に凸凹があったり、表面が荒れていたりする相手部品と重ね合わせて押し付けると、その凸凹面や荒れた面に倣って容易に変形するという性質を有している。
【０００４】
この半硬化の状態のマイカは、まず原鉱を粉砕して板状に抄造してマイカペーパとする。そして、このマイカペーパに適量の接着剤を含侵させて板状に加熱圧縮し、集成マイカ板とする。半硬化マイカは、集成マイカ板を製造する際に接着剤として熱硬化型シリコン樹脂を使用し、接着材料とともに加圧することでその形状を板状に保持することができる。さらに加熱することで硬化が進み高いシール性を発揮する。すなわち、半硬化マイカの特徴は、常温では接着剤が硬化しておらず、加圧により変形し、２００℃〜２５０℃で３０分から１時間で硬化することである。本発明では、この半硬化状態のマイカを「マイカ断熱シート」と称し、その絶縁性だけではなくガス封止性に着目し、平板型の固体酸化物型燃料電池のガス封止手段に適用した場合について提案する。
【０００５】
特許文献１には、優れたガスシール性及び電気絶縁性を発揮し得るガスシール部材、ガスシール部材を用いた燃料電池等が開示されている。ここでは、ガスシール部材は、その層厚み方向に電気絶縁性を有する第１ガスシール層と、第１ガスシール層の両面上に設けられ、接着材と接着材を保持する保持部材とを含む第２ガスシール層とを備える。燃料電池は、単セルと単セルを内包する金属筐体とを有する複数の発電ユニットと、一の発電ユニットの金属筐体と他の発電ユニットの金属筐体とを接着する上記ガスシール部材とを具備する。一の発電ユニットの金属筐体と他の発電ユニットの金属筐体とが上記ガスシール部材を介して接着され、積層された構造を有することが記載されている。
【０００６】
特許文献２には、セル本体とともに積層される枠体部材に含まれるガスシール部材の良好なガスシール性を保つことができる燃料電池が開示されている。ここでは、ガスシール部材は、枠体部材の開口部を形成する内周端面に、多層構造の断面部分が加熱溶融された溶融部が形成されている。ガスシール部材の内周端面に形成された溶融部により、電極層に供給されるガスに対するガスシール性を高めることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−０６１０５６号公報
【特許文献２】特開２０１３−００４２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のガス封止手段である、単セルを構成する板材、スペーサ、セパレータなどをガラスシールで固定する方法は、ガラスシール部が衝撃により剥離したり、燃料電池に発生する熱膨張差によりセルが割れたりする虞があった。さらに、ガラスシール材の選定が難しく、このガラスシール材の生産設備の取り扱いが煩雑となり、生産性が悪いという課題があった。
【０００９】
特に、固体酸化物型燃料電池は、７００℃〜９００℃という高温で作動する燃料電池システムであるため、燃料電池スタックに積層された単セルに割れが発生するという虞が他の燃料電池システムに比べて高いという課題があった。
【００１０】
また、平板型燃料電池スタックにおいて、ガスマニホールドを構成する板材、スペーサ、セパレータなどを溶接等により固定する方法は、溶接による熱影響が局部的に発生するため、発生する熱膨張差により燃料電池スタックに積層された単セルに割れが発生するという虞があった。
【００１１】
さらに、平板型燃料電池スタックにおけるガス漏れは、単セルのセル本体とセルホルダなどとの隙間から単セル内部へガスが漏れる内部ガス漏れ、及び、ガスマニホールドから単セル外部へガスが漏れる外部ガス漏れがある。この単セル内部及び外部へのガス漏れは、そのガス漏れの場所が異なるため同時にガス封止することは難しいという課題があった。
【００１２】
本願の目的は、かかる課題を解決し、セル本体に対して温度による割れを発生させず、ガスマニホールドの隙間等からの単セル内部又は外部へのガス漏れを封止する平板型燃料電池スタックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明に係る平板型燃料電池スタックは、燃料電池のセル本体を含む単セルにマイカ絶縁シートを積層させて単セルの積層方向に加圧し、単セルに設けられたガスマニホールドから、少なくとも単セル外部、又は、単セル内部へのガス漏れのいずれか一方を封止することを特徴とする。
【００１４】
上記構成により、マイカ絶縁シートは、燃料電池スタックのセル本体に固定することなくセル本体に隣接して積層することができる。これにより、少なくとも単セルに設けられたガスマニホールドやセル本体の外周部からの単セル外部又は内部へのガス漏れのいずれか一方を封止することができる。これは、半硬化の状態のマイカ絶縁シートが常温で柔軟性に優れており、例えば、表面に凸凹を有している部材、又は表面が荒れている部材と隣接して積層されると、その凸凹や荒い表面に倣って容易に馴染むからである。このように、単セルを溶接や固定せずに積層させることで電気絶縁材であるマイカ絶縁シートを単セル内部又は外部へのガス封止材として用いることができる。
【００１５】
また、半硬化状態のマイカ絶縁シートを用いることで、セル本体等との接着、或いは溶接が不要となり、積層させるだけでガス漏れを封止でき、例えば、熱膨張差によるセル本体の割れなどが防止できる。
【００１６】
また、平板型燃料電池スタックは、マイカ絶縁シートが、接着剤が半硬化の状態で単セルに積層し、単セルの積層方向へ加圧して圧縮変形させてガスマニホールドに存在する隙間に馴染ませ、圧縮変形後に硬化させてガス漏れを封止することが好ましい。このように、半硬化状態の接着剤を用い、圧縮変形後に硬化させることでマイカ絶縁シートのガス漏れ封止材としての機能を強化できる。
【００１７】
また、平板型燃料電池スタックは、マイカ絶縁シートが、セル本体の外径より小さな内径の開口部を有してセル本体を両側から挟み込み、単セルの両端部に配置されたエンドプレート同士を締結するスタック固定ボルトを介した加圧により、単セル本体の外周部からのガス漏れを封止することが好ましい。これにより、マイカ絶縁シートの開口部の内径とセル本体の外径との差により重ね合わせ部を設け、スタック固定ボルトを介した加圧によりセル本体とマイカ絶縁シートとの隙間を無くし、ガス漏れを封じることができる。
【００１８】
また、平板型燃料電池スタックは、マイカ絶縁シートが、マイカ絶縁シートの開口部と同形の開口部を有する金属スペーサと隣接して積層されることが好ましい。このように、マイカ絶縁シートをセル本体等に固定することなくガス封止用スペーサとして金属スペーサと重ね合わせて組み込み、適切な圧縮荷重を載荷することにより良好なガスシール材として機能させることができる。すなわち、常温で柔軟性に優れたマイカ絶縁シートとより硬く弾性体である金属スペーサとを組み合わせる。これにより、金属スペーサの弾性によりマイカ絶縁シートを押さえつけ、マイカ絶縁シートが有する凸凹や荒い表面に倣って容易に変形する特性をより発揮させることができる。これにより、ガス封止用スペーサとしてセル本体等との接着が不要となり、例えば、熱膨張差によるセル本体の割れなどが発生することを防止できる。
【００１９】
また、平板型燃料電池スタックは、セル本体が、両端面において一対のマイカ絶縁シートを介して一対の金属スペーサにより挟み込まれることが好ましい。このように、半硬化の状態で軟弱なマイカ絶縁シートに対して両側面から硬い金属スペーサで挟み込み、スタック固定ボルトを介して加圧することでマイカ絶縁シートのガス封止機能をさらに向上させることができる。
【００２０】
また、平板型燃料電池スタックは、単セルの端部に設けられた、少なくとも燃料極側インターコネクタ又は酸化極側インターコネクタのいずれか一方の外端にガスシール材を積層して組み込み、ボルトを介して単セルの積層方向に圧縮荷重を載荷し、ガスマニホールドから外部へのガス漏れを封止することが好ましい。これにより、電気絶縁材であるマイカ絶縁シートを燃料電池スタックのガスマニホールドから外部へのガス漏れに対してガス封止材として兼用させることができる。
【００２１】
さらに、平板型燃料電池スタックは、スタック取付け部材と、少なくとも頂部エンドプレート又は底部エンドプレートのいずれか一方の内端にガスシール材を積層して組み込み、ボルトを介して単セルの積層方向に圧縮荷重を載荷し、ガスマニホールドから外部へのガス漏れを封止することが好ましい。これにより、電気絶縁材であるマイカ絶縁シートを燃料電池スタックのガスマニホールドから外部へのガス漏れに対してガス封止材として兼用させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明に係る平板型燃料電池スタックによれば、セル本体に対して温度による割れを発生させず、ガスマニホールドの隙間等からの単セル内部又は外部へのガス漏れを封止する平板型燃料電池スタックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る平板型燃料電池スタックの第１の実施形態である、マイカ絶縁シートを燃料電池の単セル内に組み込んだ場合の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る平板型燃料電池スタックのガスマニホールドの平面配置に関する実施例を示す平面図である。
【図３】図２の平板型燃料電池スタックをＡ−Ａ及びＢ−Ｂで切断した断面図で示し、図３（ａ）には、単セル内を貫通するガスマニホールドを示し、図３（ｂ）には、セル本体の外径と、マイカ絶縁シート及び金属スペーサの内径との差による重ね合わせ部を示す。
【図４】ガスマニホールドからのガス漏れを封止する手段を示す詳細説明図である。
【図５】平板型燃料電池スタックの第２の実施形態である、マイカ絶縁シートを単セルの両端部に積層して組み込んだ場合の概略構成を示す斜視図である。
【図６】平板型燃料電池スタックの第３の実施形態である、マイカ絶縁シートを燃料電池スタックとスタック取付け部との間に挟んで組み込んだ場合の概略構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（平板型燃料電池スタックの第１実施形態）
以下に、図面を用いて本発明に係る平板型燃料電池スタック１につき、詳細に説明する。図１に、本発明に係る平板型燃料電池スタック１の第１実施形態である、マイカ絶縁シート２ａ，２ｂ及び金属スペーサ３ａ，３ｂを燃料電池の単セル１０内に積層して組み込んだ場合の概略構成を斜視図で示す。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態の平板型燃料電池スタック１は、燃料極側セパレータ５ａ、燃料極側金属スペーサ３ａ、燃料極側マイカ絶縁シート２ａ、セルホルダ８、ＭＥＡ１７、酸化極側マイカ絶縁シート２ｂ、酸化極側金属スペーサ３ｂ、及び酸化極側セパレータ５ｂにより単セル１０が構成される。そして、複数個の単セル１０が直列に積層されて燃料電池スタック１を構成する。一方、本明細書では、燃料極側セパレータ５ａ及び酸化極側セパレータ５ｂを除く燃料極側金属スペーサ３ａ、燃料極側マイカ絶縁シート２ａ、セルホルダ８、ＭＥＡ１７、酸化極側マイカ絶縁シート２ｂ、及び酸化極側金属スペーサ３ｂを発電積層部４（図３参照）と称する。
【００２６】
ここで、「ＭＥＡ１７」とは、燃料極１５（アノード）、電解質１６、及び酸化極１８（カソード）を貼り合わせて一体化した膜電極接合体であり（図３参照）、この「ＭＥＡ１７」は、Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙの略である。このＭＥＡ１７は、セル本体１７とも称され、セルホルダ８のセルホルダ開口部９に嵌め込まれる。この円形のセル本体１７のセル本体外周部１２ａと、セルホルダ開口部９のセルホルダ内周部１２ｂとは、嵌め込まれることで、本来、密着していなければならない。しかし、製作精度や熱膨張などにより空隙が発生し、その空隙から単セル１０の内部への水素などのガス漏れが発生する虞がある。
【００２７】
（ガス漏れ封止手段）
図１に示すように、燃料極側金属スペーサ３ａの金属スペーサ開口部７ｂ、及び酸化極側金属スペーサ３ｂの金属スペーサ開口部７ｂの外径を”ｒ”とし、及び燃料極側マイカ絶縁シート２ａのマイカ絶縁シート開口部７ａ、及び酸化極側マイカ絶縁シート２ｂのマイカ絶縁シート開口部７ａの外径を”ｒ”とする。また、セル本体（ＭＥＡ）１７の外径を”Ｒ”とする。ここで、“Ｒ”を“ｒ”よりも少し大きくすると、ｄ／２（＝（Ｒ−ｒ）／２）の重ね合わせ部が生じる。この単セル１０の積層方向に圧縮すると、燃料極側マイカ絶縁シート２ａ及び酸化極側マイカ絶縁シート２ｂがこの重ね合わせ部（ｄ／２）により変形して馴染み、セル本体１７のセル本体外周部１２ａと、セルホルダ開口部９のセルホルダ内周部１２ｂとの空隙がつぶれる。このように、マイカ絶縁シート２ａ，２ｂは、常温での柔軟性により圧縮されると、この重ね合わせ部（ｄ／２）に馴染んで空隙を封止してガス漏れを塞ぐことができる。
【００２８】
さらに、単セル１０の上部の燃料極側セパレータ５ａの四隅にセパレータボルト貫通孔１４が設けられる。このセパレータボルト貫通孔１４を貫通したボルト１９は、図１に示すように、単セル１０に設けられたガスマニホールド１３ａ〜１３ｄ内を貫通し、後述するように、底部エンドプレート１１ｂに定着される。そして、単セル１０の上部に設けられたナット２０を回転することで単セル１０の圧縮荷重（Ｆ）が載荷され、ガスマニホールド１３ａ〜１３ｄからのガス漏れが封止される。このように、ガス漏れが発生し易いガスマニホールド１３ａ〜１３ｄのガスマニホールド内周部１２ｃのほぼ中央部にボルト１９を貫通させ、ガスマニホールド１３ａ〜１３ｄのガスマニホールド内周部１２ｃに生じる微小な開口部を容易に封止することができる。
【００２９】
図２に、平板型燃料電池スタック１のガスマニホールド１３ａ〜１３ｄの平面配置に関する実施例を示す。図２（ａ）には、セル本体１７が円形の場合のガスマニホールド１３の配置を示し、図２（ｂ）には、セル本体１７が方形の場合のガスマニホールド１３ａ〜１３ｄの配置を示す。図２（ｂ）の方がより一般的な実施例である。平板型燃料電池スタック１のセル本体１７には、燃料ガスを供給する燃料ガス供給ガスマニホールド１３ａ、及び燃料ガスを排出する燃料ガス排出ガスマニホールド１３ｂを備える。また、酸化ガスを供給する酸化ガス供給ガスマニホールド１３ｃ、及び酸化ガスを排出する酸化ガス排出ガスマニホールド１３ｄを備える。
【００３０】
本実施形態では、マイカ絶縁シート２ａ，２ｂは、単セル１０に積層して組み込まれるが、例えば、セルホルダ８に嵌め込まれたセル本体１７に隣接して設けられる。これにより、セル本体１７の電気絶縁性を確保すると共に、セル本体１７の一方の面の燃料ガスと他方の面の酸化ガスとが混合しないように封止する。すなわち、マイカ絶縁シート２ａ，２ｂをセル本体１７等に固定することなくガス封止用スペーサとして燃料極側金属スペーサ３ａ及び酸化極側金属スペーサ３ｂと重ね合わせて組み込む。燃料極側マイカ絶縁シート２ａ及び酸化極側マイカ絶縁シート２ｂは常温で柔軟性に富み、上述した重ね合わせ部（ｄ／２）に対して適切な圧縮荷重（Ｆ）を載荷することにより変形して馴染む。一方、燃料極側金属スペーサ３ａ及び酸化極側金属スペーサ３ｂは、マイカ絶縁シート２ａ，２ｂに比べてより固い弾性体である。従って、ボルト１９を介した圧縮荷重（Ｆ）の載荷により燃料極側マイカ絶縁シート２ａ及び酸化極側マイカ絶縁シート２ｂは、燃料極側金属スペーサ３ａ及び酸化極側金属スペーサ３ｂの弾性により抑えつけられ、よりセルホルダ８に密着し、良好なガスシール材として機能する。これにより、ガス封止用スペーサとしてセル本体１７等との接着が不要となり、例えば、熱膨張差によるセル本体１７の割れなどが発生することを防止できる。
【００３１】
（単セル内のガスマニホールド）
図３に、図２の平板型燃料電池スタック１をＡ−Ａ及びＢ−Ｂで切断した断面図を示す。図３（ａ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ切断面であり、単セル１０内を貫通するガスマニホールド１３ａ〜１３ｄの縦穴を示す。図３（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ切断面であり、セル本体１７とマイカ絶縁シート２ａ，２ｂ及び金属スペーサ３ａ，３ｂとの間に設けられる重ね合わせ部（ｄ／２）を示す。この図２（ａ）のＡ−Ａ断面は、燃料ガス供給ガスマニホールド１３ａ及び酸化ガス排出ガスマニホールド１３ｄで切断した断面図であり、それぞれのガスマニホールド１３ａ，１３ｄに貫通するボルト１９の位置で切断している。この図３（ａ）の断面図では、単セル１０は、セルホルダ８に設けられたセルホルダ開口部９に嵌め込まれる。従って、単セル１０のセルホルダ８に隣接して積層される燃料極側セパレータ５ａ、酸化極側セパレータ５ｂ、燃料極側マイカ絶縁シート２ａ、酸化極側マイカ絶縁シート２ｂ、燃料極側金属スペーサ３ａ、酸化極側金属スペーサ３ｂが断面に現れる。また、セルホルダ８の両端部と中央部が断面に現れる。そして、２本のボルト１９がガスマニホールド１３ａ〜１３ｄの内部を貫通している様子が断面図に現れる。図３（ａ）では、単セル１０は、その頂部エンドプレート１１ａにおいて燃料極側セパレータ５ａにより隣接する単セル１０と分離され、その底部エンドプレート１１ｂにおいて酸化極側セパレータ５ｂにより隣接する単セル１０と分離される。
【００３２】
このように、単セル１０の内部において、酸化ガス供給ガスマニホールド１３ｃから酸化ガスが供給され、酸化ガス排出ガスマニホールド１３ｄから酸化ガスが排出され、燃料ガス供給ガスマニホールド１３ａから燃料ガスが供給され、燃料ガス排出ガスマニホールド１３ｂから燃料ガスが排出される。これらの燃料ガス及び酸化ガスは、各ガスマニホールド１３ａ〜１３ｄを単独で通過するために混合することはない。しかし、例えば、ガスマニホールド１３ａ〜１３ｄの各板材の隙間から外部或いは内部に漏れたり、例えば、セル本体外周部１２ａとセルホルダ内周部１２ｂとに発生した空隙から漏れたりした場合には、例えば水素ガスが漏れてしまうか、或いは燃料ガスと酸化ガスとの化学反応がセル本体１７以外で発生してしまい発電効率が落ちる。
【００３３】
図３（ｂ）に、図２の平板型燃料電池スタック１をＢ−Ｂで切断した断面図を示す。単セル１０内の発電積層部４は、燃料極１５、電解質１６、酸化極１８からなるＭＥＡ１７、及び、このＭＥＡ１７の一方に隣接して設けられる燃料極側マイカ絶縁シート２ａ及び酸化極側マイカ絶縁シート２ｂと、ＭＥＡ１７の他方に隣接して設けられる燃料極側金属スペーサ３ａ及び酸化極側金属スペーサ３ｂから構成される。マイカ絶縁シート２ａ，２ｂ及び金属スペーサ３ａ，３ｂは、燃料電池スタック１の円形のセル本体１７の外径（Ｒ）より小さな内径（ｒ）のマイカ絶縁シート開口部７ａ及び金属スペーサ開口部７ｂを有する。この外径（Ｒ）と内径（ｒ）とが重ね合わせ部（ｄ／２＝（Ｒ−ｒ）／２）を発生させる。そして、燃料電池スタック１において積層方向に圧縮荷重（Ｆ）が載荷されるとマイカ絶縁シート開口部７ａ及び金属スペーサ開口部７ｂの周りの重ね合わせ部（ｄ／２）がセル本体１７の縁に沿って変形して密着され、ガスシール材として機能する。そして、ボルト１９の底部は、ボルト止めねじ部２１により底部エンドプレート１１ｂにねじ止めされる。一方、ボルト１９の頂部には、ナット２０が設けられ、このナット２０を締め付けることで圧縮荷重（Ｆ）が載荷され、単セル１０に設けられたガスマニホールド１３ａ〜１３ｄからのガス漏れが封止される。
【００３４】
（単セル内のガス漏れにつて）
図４に、単セル１０から平板型燃料電池スタック１の外部及び内部へのガス漏れについて説明し、ガス漏れ封止手段を示す。図４（ａ）は、図２（ａ）と同様な平面図である。
図４（ｂ）は、図３（ａ）と同様な断面図であり、図４（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【００３５】
図４（ａ）に示すように、燃料ガス供給ガスマニホールド１３ａ内を流通する燃料ガスは、図中Ｘ１で示す積層された各板材間に発生した隙間から外部に漏れる虞がある。また、図中Ｘ２で示す積層された各板材間に発生した隙間から内部に漏れる虞がある。
【００３６】
（平板型燃料電池スタックの第２実施形態）
図５に、平板型燃料電池スタック１の第２実施形態の概略構成を示す。図１及び図２は、単セル１０内部にマイカ絶縁シート２ａ，２ｂを積層する実施形態であったが、図５では、さらに、単セル１０の外部にマイカ絶縁シート２ａ，２ｂを積層する実施形態である。これらの第１実施形態と第２実施形態とは、それぞれ単独に平板型燃料電池スタック１に適用されても良く、第１実施形態と第２実施形態とが併用されても良い。
【００３７】
本実施形態では、単セル１０において、少なくとも燃料極側セパレータ５ａ又は酸化極側セパレータ５ｂのいずれか一方の外端にマイカ絶縁シート２ａ，２ｂを積層して組み込む。すなわち、燃料極側セパレータ５ａの外端のみに燃料極側マイカ絶縁シート２ａを積層して組み込む場合、酸化極側セパレータ５ｂの外端のみに酸化極側マイカ絶縁シート２ｂを積層して組み込む場合、又はセパレータ５ａ，５ｂの両外端にマイカ絶縁シート２ａ，２ｂを共に組み込む場合の３ケースがある。これにより、ボルト１９を介して単セル１０の積層方向に圧縮荷重（Ｆ）を載荷し、ガスマニホールド１３ａ〜１３ｄから単セル１０の内部又は外部へのガス漏れを封止する。
【００３８】
図５に示すように、燃料極側マイカ絶縁シート２ａは、頂部エンドプレート１１ａと単セル１０の燃料極側セパレータ５ａとの間に設けられる。一方、酸化極側マイカ絶縁シート２ｂは、底部エンドプレート１１ｂと単セル１０の酸化極側セパレータ５ｂとの間に設けられる。そして、ボルト１９は、頂部エンドプレート１１ａの四隅にナット２０と共に設けられ、底部エンドプレート１１ｂの四隅にねじ込まれている。また、ボルト１９は、ボルト止めねじ部２１を有しており、底部エンドプレート１１ｂにねじ止めされる。単セル１０内部には、破線で示されたガスマニホールド１３ａ〜１３ｄが設けられ、酸化極側マイカ絶縁シート２ｂの下方から燃料ガス及び酸化ガスが単セル１０に供給され、単セル１０から酸化極側マイカ絶縁シート２ｂの下方に戻って排出される。このように、第２実施形態では、ガスマニホールド１３ａ〜１３ｄは、酸化極側マイカ絶縁シート２ｂの下方からガスが供給されて排出されるため、燃料極側セパレータ５ａ及び酸化極側セパレータ５ｂに挟まれた単セル１０、及び酸化極側マイカ絶縁シート２ｂは貫通するが、燃料極側マイカ絶縁シート２ａは貫通しない。そして、ボルト１９は、ナット２０を回転させて張力が導入される。これにより、マイカ絶縁シート２ａ，２ｂは、単セル１０内部のガスマニホールド１３ａ〜１３ｄから内部又は外部へのガス漏れを封止する。
【００３９】
（平板型燃料電池スタックの第３実施形態）
図６に、平板型燃料電池スタック１の第３実施形態の概略構成を示す。図５では、単セル１０の両端部の燃料極側セパレータ５ａ又は酸化極側セパレータ５ｂの外端にマイカ絶縁シート２ａ，２ｂを積層する実施形態であったが、図６では、さらに、頂部エンドプレート１１ａ又は底部エンドプレート１１ｂの外部にマイカ絶縁シート２ａ，２ｂを設ける実施形態である。これら第１実施形態、第２実施形態、及び第３実施形態がそれぞれ単独に適用されても良く、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態が組み合わされて適用されても良い。なお、図６では、酸化極側マイカ絶縁シート２ｂのみを記載し、燃料極側マイカ絶縁シート２ａは、ガスマニホールド１３ａ〜１３ｄが設けられない。そのため、燃料極側マイカ絶縁シート２ａは不要であり、記載しない。
【００４０】
本実施形態では、スタック取付け部６と底部エンドプレート１１ｂとの間に酸化極側マイカ絶縁シート２ｂを積層して組み込む。そして、ボルト１９を介して単セル１０の積層方向に圧縮荷重（Ｆ）を載荷し、ガスマニホールド１３ａ〜１３ｄから単セル１０内部又は外部へのガス漏れを封止する。これにより、燃料極側マイカ絶縁シート２ａは、ガスマニホールド１３ａ〜１３ｄから単セル１０内部又は外部へのガス漏れを封止する。
【００４１】
図６に示すように、燃料極側マイカ絶縁シート２ａは、頂部エンドプレート１１ａの外側にはスタック取付け部６が不要なため設けられない。一方、酸化極側マイカ絶縁シート２ｂは、底部エンドプレート１１ｂとスタック取付け部６との間に設けられる。そして、ボルト１９は、ナット２０を回転させて張力が導入され、ガスマニホールド１３ａ〜１３ｄから外部へのガス漏れが封止される。なお、本実施形態では、スタック取付け部６は、スタック取付け部固定ネジ２２により、酸化極側マイカ絶縁シート２ｂを介して底部エンドプレート１１ｂに接続される。
【００４２】
以上の実施形態で説明された燃料電池スタックの構成、形状、大きさ、及び配置関係については、本発明が理解、実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。特に、マイカ絶縁シートに関する構成、形状、大きさ、及び配置関係については、ここに示したもの以外のバリエーションが可能である。従って、本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  （平板型）燃料電池スタック、２ａ  燃料極側マイカ絶縁シート，２ｂ  酸化極側マイカ絶縁シート、３ａ  燃料極側金属スペーサ，３ｂ  酸化極側金属スペーサ、４  発電積層部、５ａ  燃料極側セパレータ，５ｂ  酸化極側セパレータ、６  スタック取付け部、７ａ  マイカ絶縁シート開口部，７ｂ  金属スペーサ開口部、８  セルホルダ、９  セルホルダ開口部、１０  単セル、１１ａ  頂部エンドプレート，１１ｂ  底部エンドプレート、１２ａ  セル本体外周部，１２ｂ  セルホルダ内周部，１２ｃ  ガスマニホールド内周部、１３  ガスマニホールド，１３ａ  燃料ガス供給ガスマニホールド，１３ｂ  燃料ガス排出ガスマニホールド，１３ｃ  酸化ガス供給ガスマニホールド，１３ｄ  酸化ガス排出ガスマニホールド、１４  セパレータボルト貫通孔、１５  燃料極（アノード）、１６  電解質、１７  セル本体（ＭＥＡ）、１８  酸化極（カソード）、１９  ボルト、２０  ナット、２１  ボルト止めねじ部、２２  スタック取付け部固定ネジ、Ｘ１  ガスマニホールドから外部に漏れるガス、Ｘ２  ガスマニホールドから内部に漏れるガス、ｄ／２  マイカ絶縁シート等の開口部の内径とセル本体の外径との重ね合わせ部（ｒ−Ｒ／２）、Ｆ  圧縮荷重、Ｒ  セル本体の外径、ｒ  マイカ絶縁シート及び金属スペーサの開口部の内径。
【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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